按：上午看到谷歌搜索頁面上的涂鴉動畫，很有趣。原來專門是為紀念荷蘭微生物學家、顯微鏡專家列文虎克（Anton van Leeuwenhoek，1632-1723）384年前誕生于今天（10月24日）而制作的。盡管384周年不是一個特別值得紀念的整數年份，但谷歌這個動畫作為科普素材還是很棒的，讓那些在水滴中的微生物現(xiàn)原形的就是他當初使用的簡易顯微鏡。筆者在2013年寫過一本書《科學十大突破》（湖北教育出版社），其實談的是科學史上的十大突破，其中第七章“風塵仆仆斬群魔，科學完人誰比肩？——微生物學與免疫學的創(chuàng)立”（此章主要寫巴斯德）就寫有列文虎克�，F(xiàn)把相關的一部分分享出來，小節(jié)標題是“（人類）第一次觀測到微生物”也算是紀念這位先驅吧。插圖相應作了調整和補充。
圖1 谷歌今天紀念列文虎克的動畫
微生物顧名思義就是微小的生物體，微小到肉眼很難看到或者根本看不到，需要借助于顯微鏡才能看到的一大類生物。它大致還可以分為三類，一類是最小的各種病毒，它們沒有完整的細胞結構，只能在其他生物體的活細胞中生存和繁殖；第二類是細菌，它們是一種單細胞原核生物（原核生物是對應于真核生物而言，指它們的細胞中沒有成形的細胞核），大部分靠寄生或腐生生活；第三種是真菌，比如酵母菌與蘑菇，它們是一類真核生物，也是靠寄生或腐生生存。那么這些微生物到底有多小呢？病毒是其中最小的，它的大小數量級在納米尺度。一納米是一米的十億分之一，或者說百萬分之一毫米，可以想像在三角板1毫米的刻度上再平均分1000000份得到的就是一納米，可見其微小了。即使是大的微生物，也不過幾分之一毫米，肉眼想看清楚也很困難。正因為如此，盡管人類與微生物打交道的歷史非常漫長了，但觀測到微生物則是顯微鏡發(fā)明之后的事情。
談到人類與微生物打交道，最熟悉的莫過于莫過于與我們日常生活密切相關的釀酒、制醬、造醋行業(yè)了，這些行業(yè)中關鍵的一環(huán)是制“曲”。將煮過、蒸過或者炒熟的糧食作物放置一段時間，在其表面長出的霉菌，古人稱之為曲。北魏時期賈思勰的《齊民要術》記載了在釀酒、制醬方面的多種制曲工藝，比如在制醬曲時有一種“黃蒸”技術，是說在六七月時將小麥磨好，然后用水浸泡后上籠蒸熟，然后攤開冷卻，等到第7天就會看到有黃色孢子生成，待這種“黃衣”遍布后，然后干燥制成醬曲。這種“黃衣”就是以米曲霉為主的微生物。醬曲是制成醬（包括后來的醬油）的重要環(huán)節(jié)，因此《齊民要術》中有“黃蒸令醬赤美”的說法。微生物與人類打交道的另一種途徑便是瘟疫的流行，比如在牛頓那一章我們提及的黑死病，還有在開普勒那里提到的天花，現(xiàn)在常見的各種結核病以及2003年爆發(fā)的“非典”等，這些傳染病造成的人類死亡數量遠大于戰(zhàn)爭引發(fā)的死亡。有學者統(tǒng)計，在歐洲歷史因黑死病而喪命的人竟有上億人！盡管后來在個別傳染病方面掌握了一些免疫技術，比如對付天花的牛痘術，但直到巴斯德創(chuàng)立微生物學及免疫學之后，人類對微生物的認識以及在傳染病的預防方面才取得了突破性進步。
說到顯微鏡，它又可以分為兩類，一類是單式顯微鏡，一種是復式顯微鏡。單式顯微鏡就是由一個透鏡構成的顯微鏡，比如常見的老花鏡就是一種單式放大鏡或者叫單式顯微鏡。復式顯微鏡是由物鏡與目鏡兩組透鏡組成的顯微鏡，目前科學研究中所用的顯微鏡均為復式顯微鏡。
還記得在介紹伽利略天文望遠鏡時提到最早發(fā)明望遠鏡的是荷蘭的一位眼鏡制造商，復式顯微鏡的發(fā)明也是如此，它最早也在荷蘭發(fā)明，原因并不奇怪，因為當時荷蘭的透鏡制作技術世界領先。據說1590年荷蘭一位眼鏡制造商詹森就發(fā)明了復式顯微鏡，這種顯微鏡有點像伽利略用的單筒望遠鏡，只不過目鏡與物鏡均為凸透鏡，通過伸縮鏡頭就可以改變顯微鏡的放大倍數，其光路如圖2所示。
圖2 顯微鏡的光路圖
被放大物體經過物鏡的放大后，形成一個倒立、放大的實像；然后目鏡把物鏡成的實像，再放大為虛像。因此復式顯微鏡的放大倍數為“物鏡放大倍數×目鏡放大倍數”，比如物鏡放大倍數為40，目鏡放大倍數為25，那么顯微鏡放大倍數為1000。詹森當時發(fā)明的復式顯微鏡最大可以放大10倍，不過他本人并沒有做出什么重大發(fā)現(xiàn)。利用顯微鏡做出重大發(fā)現(xiàn)的第一人是英國的羅伯特·胡克（Robert Hooke，1635-1703 注意這是另一位hu ke），這位胡克就是物理上發(fā)現(xiàn)胡克定律F=kx的那位。1665年胡克完成了《顯微術》一書，該書是他利用自己制作的復式顯微鏡觀測各種生物的記錄，他觀測的生物有蒼蠅、蚊子、跳蚤（圖3）、苔蘚等。特別應該提及的是，他在該書中描繪了觀測到軟木片中有些像蜂巢的小格子，他于是命名為“cell”，意思為小格子、小單元，后來這個詞成了英文中“細胞”，因為這些小格子就是軟木中的死細胞（壁）。這也是人類首次觀測到細胞。
圖3 胡克觀察到的跳蚤
第一個通過顯微鏡觀察到微生物的人是荷蘭人列文虎克，他用的顯微鏡雖然是單式顯微鏡，但這種顯微鏡在他手上發(fā)展到了頂峰。他完全靠自學學會了磨制透鏡的技術，一生組裝了上百架顯微鏡，有的放大倍數可以達到270倍。1680年他當選為英國皇家學會會員時，一次就贈送了皇家學會26架，這不愧是那個時代的顯微鏡大王。1674年他用陶罐收集了一些雨水，幾天后他用顯微鏡發(fā)現(xiàn)了這些雨水中的原生生物（單細胞有機體）。1676年，他在自己的牙垢中發(fā)現(xiàn)了活動的細菌，數量之多令人驚訝，他說一點牙垢中的微生物竟然會比整個荷蘭王國的公民還要多。此外，他還用顯微鏡觀察了動物的精子、蝌蚪的血細胞等。也正是因為這些杰出的觀察，他才進入英國皇家學會。
圖4 列文虎克畫像（版畫）
圖5是列文虎克當年使用的一架顯微鏡的復制品，針狀物的上端后方就是鑲嵌在銅板中間的透鏡，針狀物起到載物臺的作用以固定標本（觀察物），針狀物下方是一凹鏡，它可以使光聚焦到標本上。中間的螺旋（最高者）起調節(jié)標本與透鏡的橫向距離，下方的螺旋（把手未顯示）負責調節(jié)標本與透鏡的縱向距離。觀察的時候，眼睛從銅板后面緊貼透鏡觀察標本，同時調節(jié)兩個螺旋使觀察到最佳狀態(tài)。
圖5 列文虎克用的顯微鏡（復制品） 右圖對比：大約1680年胡克用的復式顯微鏡
責編：微科普