Історія мікроскопічних досліджень

На сьогоднішній день для визначення збудників, широко застосовується мікроскопічний метод.

Мікроскоп - це, ймовірно найбільш поширений інструмент біолога. Мікроскоп вніс в біологію багато нового і специфічного, з його допомогою було створено спеціальний розділ науки про життя - мікроскопічна анатомія тварин і рослин (цитологія і гістологія). Таким чином, була відкрита нова область бачення. Мікроскоп, як нерідко кажуть вчені, «зробив доступним спостереженню новий світ». Мікроскопічні спостереження, після відкриття живої клітини, змусили різко змінити погляд на природу матерії. Але знадобилося більше двох століть, щоб прийти до уявленням про живій клітині, як елементарної структури. З цих причин історія відкриття і вдосконалення мікроскопа як фізичного приладу являє для історії біології певний інтерес і саме про це висвітлюється в роботі Є.М. Вермеля «Історія вчення про клітину».

Паралельно з історією відкриття і вдосконалення мікроскопа Е.М. Вермель оперує деякими фактами з історії становлення таких общебиологических методів як опис, спостереження, порівняння та систематизація.

У давнину оптичні лінзи не були відомі. У той час геометричній оптики не існувало, тому вчені не могли пояснити навіть дії стекол. Оптична лінза була винайдена лише в кінці XIII-початку XIV ст. і використовувалася в якості очок, відразу ж отримало широке практичне застосування. Всі спроби дослідників встановити особу винахідника очок залишаються безрезультатними. Єдине, що можна сказати чітко - винайдені окуляри були в Італії, у Венеції або Падуї - центрах тодішньої скляної промисловості. Вони представляли собою лінзи, що застосовувалися при далекозорості людини. Увігнуті скла для усунення короткозорості з`явилися тільки в XVI ст..

Перші наукові дослідження, в яких були використані лінзи (лупи), належать ентомологам Томасу Моуффету і Георгу Гуфнагелю (1589-1590). Перший з них вивчав дрібних кліщів (0,2-0,4 мм), зокрема, він з усією чітко встановив відмінності між коростяним і сирним кліщами. У той же період був описаний і такий складний процес, як рух гемолімфи у воші.

Лупами, або, як їх пізніше називали, «простими мікроскопами», користувався і основоположник мікроскопічної біології Антон ван Левенгук (1632-1723). Ним підготовлено лінзу, яка збільшувала в 300 разів і допомагала досліджувати живі об`єкти і вивчати їх структуру.

Цікаво відзначити, що ідея оптичного інструменту дозволила чітко бачити окремі дуже дрібні об`єкти, була висловлена ​​ще в XIII ст. вченим і філософом Роджером Беконом, а в XV-XVI ст. вона вже не одноразово повторювалася іншими видатними вченими і мислителями: Леонардо да Вінчі (1452-1519), Ієроніма Фракасторо (1478-1553), Діггс і багатьма іншими. У той же час з повною виразністю була висловлена ​​думка про існування невидимих ​​простому оку істот - збудників інфекційних хвороб (Фракасторо і ін.). Ця ідея була висловлена ​​за 125 років до робіт Левенгука, однак обгрунтовувалася вона чисто теоретично і була, по своїй суті, фантастичною.

Уже в XVI ст. була висловлена ​​ідея створення оптичного приладу, що складається з двох, а не з однієї лінзи. Серед математиків і фізиків вона була досить широко поширена, хоча практично залишалася нездійсненою, напевно, через технічні труднощі.

Лише на початку XVII ст. Г. Галілей спочатку сконструював телескоп, а потім (в 1609 р) мікроскоп. Честь створення першого мікроскопа до останнього часу приписували Гансу і Захару Янсен в Міддельбурге, датувалися цей винахід 1590 роком. Ці відомості, мабуть, слід вважати помилковими. Документи, якими обґрунтовується дане твердження, як виявилося, не заслуговують на довіру. Загальновідомо, що першою була сконструйована «земна зорова труба», яка отримала назву «голландської» або «галилеевой», а пізніше телескопа. «Земне (підзорна) труба», як вважається, була винайдена окремо Ліперсгеем і Меціусом в Голландії (1608) і Галілеєм (1608-1609) в Італії.

Перший мікроскоп (він виник як видозміна зорової труби, про що є достовірні свідчення) був сконструйований в 1609-1610 рр Самим Галілеем- лінзи для нього шліфував майстер Бацци, який здійснював всі задуми винахідника. Складний мікроскоп складався з об`єктива, що давало дійсно збільшене і зворотне зображення дрібного об`єкта і окуляра.

Перший мікроскоп Галілея представляв собою довгу трубу і був дуже незручний у використанні. Для наукової роботи цим мікроскопом ніхто не скористався, він був загублений, однак здобув популярність. Незабаром в Голландії були створені аналогічні мікроскопи. Згодом голландцем за національністю, фізиком і астрономом при дворі англійського короля Якова I був сконструйований Корнеліусом Дреббелем (1617-1619) мікроскоп. Важко сказати, чи був він зроблений за зразком голландського мікроскопа, або Дреббель побудував власний прилад відповідно до даних отриманих про мікроскоп Галілея. Останнє вважається навіть більш імовірним. Дреббелевскій мікроскоп відрізнявся від мікроскопа Галілея тим, що був побудований за типом кеплеровской труби, тобто мав опуклі лінзи як об`єктива, так і окуляра. Цей перший мікроскоп Дреббеля також не використовувалася в науковій роботі і був загублений, але саме мікроскопи такого типу незабаром отримали досить широке поширення.

Складний мікроскоп виник як видозміна зорової (підзорної) труби, причому був сконструйований вже через кілька років після її появи, проте їх подальша доля неоднакова. Значення підзорної труби було зрозуміло правлячим колам Голландії, Бельгії та Італії, вони навіть намагалися засекретити поява цього інструменту. Очевидне застосування підзорної труби в військовій справі, мореплавання, астрономії привернуло до неї велику увагу, виробництво підзорних труб і телескопів негайно набуло широких масштабів. Однак на мікроскоп довгий час дивилися як на забавну іграшку. Сам Дреббель разом зі своїм зятем Куффлером налагодив виробництво таких «складних мікроскопів», вони широко рекламувалися і швидко поширювалися по всій Європі.

У 1624 Галілей значно вдосконалив свій мікроскоп, їм вже можна було користуватися на практиці. Він був значно менше за розміром, ніж перша модель, і давав, очевидно, максимальне збільшення в 35-40 разів. У 1624 Галілей подарував свій мікроскоп «Академії проникливих» в Римі, членом якої він був. Уже 1625 р член академії Стеллуті опублікував свої спостереження про будову органів бджоли, зроблені за допомогою мікроскопа. Зокрема, він вперше побачив і описав фасеткових будова очі комах. Ф.Чезі (1628) використовував мікроскоп Галілея, вивчаючи спорангії папоротей і описав з його допомогою суперечки, вважаючи їх, насінням.

Сам термін «мікроскоп» запустив у вжиток Йоганн Фабер в 1625 році в листі до князя Ф.Чезі, запропонувавши так називати інструмент Галілея, призначений (на противагу телескопа) для розгляду дрібних предметів. Термін цей існує до сих і міцно увійшов в експлуатацію. Однак число дослідників, користувалися мікроскопом в XVII ст., Було дуже невелике, і ті вдавалися до нього тільки час від часу.

У Німеччині мікроскопи випускалися у великій кількості майстернями іграшок (нюрнберзькі майстра) і, будучи зроблені з картону і дерева, були дешеві.

В Англії на початку XVIII ст. вони були трохи складніше, зокрема, мали макрометрічній гвинт і робилися з бронзи, правда, ці мікроскопи коштували дуже дорого - до 40 фунтів стерлінгів. Оптика цих мікроскопів залишалася досить примітивною: об`єктиви давали значну хроматичну і сферичну аберацію, тому при значних збільшеннях зображення було невиразним. До всіх мікроскопів зазвичай додавалися готові колекції препаратів, які складалися з висушених дрібних комах (воші, блохи, головки мух і ін.), А також різні додаткові прилади: мікроакваріумів, затискачі для утримання малюків, щоб можна було бачити рух крові в судинах і т .п..

«Мікроскопічна аматорство» було в XVIII ст. досить поширеним. На багатьох тодішніх гравюрах із зображенням аристократичних салонів можна бачити, як людина, сидячи за столиком, щось розглядає в мікроскоп.

В кінці XVIII ст. мікроскоп вже створювався виключно майстрами професіоналами, які значно його вдосконалювали. Центром мікроскопічної індустрії був Лондон (майстерня Джона Кеффе), звідки мікроскопи поширювалися по всіх країнах. Об`єктивна оцінка тогочасних мікроскопів свідчить, що вони вже давали задовільний зображення, з їх допомогою можна побачити навіть дуже дрібні структури (до 5 мікрон).

Аберація, у всякому разі, в очі не впадає, що досягалося введенням кільцевих діафрагм, які зрізали крайові промені.

Збільшення мікроскопів в XVIII ст. були дуже різноманітними. Виготовлялися системи зі збільшенням в межах від 10 до 150 разів, але зустрічалися і значно більше. Однак їх дозвіл було не великий, тому великі збільшення були, по суті, ілюзорними. Цікаво, що теоретичні розрахунки об`єктивів і окуляра були на той час вже досить добре розроблені (Байкер, Кеплер, Ейлер, Гюйгенс і багато інших), однак спостерігалися значні труднощі, зокрема, важко досягалося центрування лінз.

мікроскопісти - любителі здійснили багато цікавих і важливих відкриттів. До таких повинен бути зарахований знаменитий Антон Ван Левенгук - мануфактурний торговець. Спостереження Антона Ван Левенгука були настільки систематичними і багатогранними, що сьогодні повинні стати науковими дослідженнями, які почали науку про мікроскопічних організми. Левенгук вів свої спостереження протягом 50 років і повідомляв про них Лондонське Королівське Товариство в листуванні. Згодом листи були Левенгука надруковані окремою книгою «Таємниці природи» (1696), а сам автор, ще в 1680 році був обраний членом Королівського товариства.

Роботи Левенгука привернули серйозну увагу сучасників, оскільки вони є цінним внеском в науку, давши потужний поштовх подальшим дослідженням. Левенгук користувався двоопуклими лінзами, які він сам шліфував і вставляв в пластинки. Ці збільшувальне скло ( «простий мікроскоп», або лупа) трохи досягали величини шпилькової головки, їх використання вимагало чималого мистецтва і відмінного зору.

Левенгук досяг таких великих збільшень, що міг бачити навіть червоні кров`яні клітини (їх діаметр у людини становить 7-8 мікрон, тобто 0,007 міліметра). Найбільшу популярність йому принесло відкриття мікроскопічних істот, які він назвав інфузорії (від слова Infusum, що по-латині означає «настій»).

Відкриття Левенгука привернули увагу не тільки тодішніх вчених, але і всього культурного товариства. Багато любителів настільки серйозно займалися мікроскопічними спостереженнями, самі зробили ряд важливих відкриттів, які увійшли в науку. Особливу популярність мали ілюстровані книги юриста Мартіна Ледермюллера (1719-1769). Одна з книг має характерну назву: «Мікроскопічні забави для очей і душі» (1762). Такі дослідники - аматори, не ставлячи перед собою певної мети, описували найрізноманітніші об`єкти. Вони приносили велику користь, збагачуючи науку відомостями про нижчій формі живих істот. Представляючи собою великий інтерес, ці спостереження пропагували мікроскопічні дослідження.

Поряд з А. Левенгук слід згадати такі прізвища як М. Мальпігі (1671-1675), Сваммердам (1737), К.Ф. Вольф (1749-1769). Вони поклали початок наукової мікроскопії і пробудили інтерес до цієї галузі знань, тому заслуговують на велику повагу. Уже в XVIII ст. багато видатних учених розуміли, що галузь мікроскопічних досліджень складна саме своїм своєрідністю, специфікою своїх зображень. Цікаві думки з цього питання ми знаходимо в одного з італійських дослідників природи XVIII ст. - Фелікса Фонтана (1723-1805). Він відзначав, що подивитися в мікроскоп може кожен, але одиниці можуть описати те, що бачать (1781). Ці глибокі слова і зараз зберігають свою актуальність. Ф. Фонтан спеціально вказує, що всі наші думки про різні предмети засновані на порівняннях і порівняннях, але оскільки мікросвіт абсолютно різноманітний, то досить небезпечно користуватися уявленнями, отриманими зі спостережень над макросвітом, тим більше, що «картина, що відкривається мікроскопом, може підходити одночасно до різних предметів ». Ці твердження поміщені в спеціальному розділі книги Ф. Фонтана під назвою «Про мікроскопічних помилки, які відбуваються при мікроскопічних спостереженнях». У процесі мікроскопічного вивчення організмів були встановлені факти багатьох помилок. Навіть в основному питанні про природу і будову клітини ми зустрічаємо дуже багато протиріч. Виникає питання: чи не залежить це від недосконалості мікроскопічної техніки і недостатньо швидкого її прогресу. Однак це не зовсім відповідає дійсності. Виявляється, що мікроскоп - головний інструмент дослідження - майже не обмежував біологічні спостереження.

У переважній більшості випадків оптичні прилади надавали великі можливості у використанні.