列文虎克死守的秘密，終于被科學(xué)家揭開

本文來自微信公眾號：果殼（ID：Guokr42）,，作者：栗子,，編輯：Odette，題圖來自：Wikimedia Commons

17世紀(jì),，荷蘭商人安東尼·范·列文虎克用自制的顯微鏡,，第一次觀察到了單細(xì)胞生物，人類也從此打開了微生物學(xué)的大門,。

列文虎克能發(fā)現(xiàn)前人從未見過的世界,，是因?yàn)樗娘@微鏡放大倍數(shù),，比同時(shí)代的對手們高出一個(gè)數(shù)量級。比如,，現(xiàn)存放大倍數(shù)最高的一臺列文虎克顯微鏡,，能將物體放大266倍。

這個(gè)男人向世人說出了微觀世界的秘密,，但一問到他的顯微鏡里藏著怎樣的鏡片,，用何種工藝制成，列文虎克便守口如瓶,。外界一直對此十分好奇,，就連最早用顯微鏡發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的前輩羅伯特·胡克都不例外。

如今300多年過去,，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的科學(xué)家們終于從那臺“266倍鏡”里看出了鏡片的樣子,，同時(shí)也替羅伯特·胡克感受到一絲微妙。

一,、怎么跟說好的不一樣,？

從前，人們大多是利用X射線來觀察列文虎克顯微鏡的內(nèi)部,，好像醫(yī)院里拍片那樣,。

能放大物體266倍的列文虎克顯微鏡，藏于烏得勒支大學(xué)博物館丨參考文獻(xiàn)1

但列文虎克顯微鏡的孔徑太小,，不到1毫米,，鏡片只有很小一部分暴露在外，90%以上都被黃銅板覆蓋,。X射線不易穿透金屬,，就很難檢測出里面的鏡片是什么形狀。

于是,，代爾夫特理工大學(xué)的科學(xué)家們不用X射線,，改用中子層析（Neutron Tomography）的辦法。與X射線相比,，中子束對大部分金屬的穿透能力更強(qiáng),。中子不會因?yàn)樵雍送怆娮拥挠绊懚鴩?yán)重衰減，而X射線里的光子更容易被電子吸收或散射,。

發(fā)射中子束,，科學(xué)家就可以在不破壞文物的情況下，看出現(xiàn)存放大倍數(shù)最高的那臺列文虎克顯微鏡里面的樣子了：

顯微鏡（266x）的中子層析成像,，灰色為鏡片所在,，各角度看都是圓形，直徑大約1.3毫米丨參考文獻(xiàn)1

左為顯微鏡（266x）本體,，右為3D重建之后丨參考文獻(xiàn)1

搭載鏡片的黃銅板很薄,，且鑲嵌鏡片的位置是凹進(jìn)的,。這樣，鏡片前表面可以凸出于黃銅板,，鏡片也能離觀察樣本近一點(diǎn),，再近一點(diǎn)?？茖W(xué)家們相信,，“近”是列文虎克設(shè)計(jì)中的重要考量,。

當(dāng)然,，他們更關(guān)心的還是鏡片形狀。成像顯示,，不論從哪個(gè)方向看,，鏡片的截面都是圓形。也就是說,，那是顆玻璃球,。而從用顯微鏡觀察物體時(shí)的視角（也就是圖中XZ方向）看，還會發(fā)現(xiàn)一條玻璃線與玻璃球相連,。

圓形連著一條短線丨參考文獻(xiàn)1

但這樣的結(jié)果,，與學(xué)界先前的認(rèn)知大相徑庭。從前的一項(xiàng)主要研究認(rèn)為,，這臺“266倍鏡”搭載的鏡片并非球狀,，而是球被壓扁一些的樣子（下圖）。如今的成像結(jié)果卻指向,，它的鏡片就是球狀,，加一條線。

1981年一項(xiàng)研究認(rèn)為顯微鏡（266x）的鏡片是如此得來：把玻璃管吹成燈泡的形狀,，再將末端鼓起的部分掰下來,，得到的鏡片比較扁丨參考文獻(xiàn)1

而當(dāng)科學(xué)家們對另一臺中等放大倍數(shù)的列文虎克顯微鏡也做了成像，發(fā)現(xiàn)鏡片倒是扁了許多,，更像小扁豆的形狀,。

中等放大倍數(shù)（118x）顯微鏡的成像結(jié)果，鏡片更扁丨參考文獻(xiàn)1

小扁豆丨Medical News Today

研究團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)成果,，發(fā)表在5月的一期Science Advances期刊上,。

新的成像打破了舊有的認(rèn)知，但也沒有完全超出科學(xué)家的想象,。因?yàn)?，他們對那種一個(gè)球連著一條線的形狀有印象。

二,、怎么和胡克的方案很像,？

1670年代,，列文虎克把一滴池塘水放在顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)里面竟有許許多多“微小的動物”游來游去,。從此,，他開始將自己觀察各種樣本所見的“微小動物”，寫信描述給英國皇家學(xué)院,。

列文虎克觀察一滴水丨Google Doodle

今天我們知道,，他看到的是微生物。但在時(shí)人眼中,，信里描述的場景難以置信,，加之列文虎克一直拒絕透露使用的是怎樣的設(shè)備，質(zhì)疑和嘲諷接踵而來,。1676年,，皇家學(xué)會對那些“微小動物”的真實(shí)性提出疑問。在列文虎克堅(jiān)持下,，皇家學(xué)會安排多位宗教界高層鑒定他的觀察結(jié)果,。

1677年，列文虎克的發(fā)現(xiàn)得到了認(rèn)可,。但顯微鏡內(nèi)部的秘密,，并沒有因此解開。時(shí)任皇家學(xué)會秘書的羅伯特·胡克,，也是首先用顯微鏡看到細(xì)胞的人,，便對列文虎克的秘而不宣頗有怨言。哪怕不論政治,，一項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的透明性和可復(fù)現(xiàn)性,，也是皇家學(xué)會看重的因素。

1678年,，胡克索性自己發(fā)表了一種“超級簡單”的方案：

把一根細(xì)玻璃棒放在火焰上,，當(dāng)它慢慢融化，末端便會卷成一個(gè)小球,。把小球掰下來,，留一個(gè)小把手，方便安裝,。

科學(xué)家重建的鏡片形狀丨Rijksmuseum Boerhaave

一個(gè)小球連著一根線,。時(shí)隔三個(gè)多世紀(jì)的今天，科學(xué)家們終于發(fā)現(xiàn),，列文虎克那一臺能夠放大物體266倍的顯微鏡,，鏡片原來與胡克的“超級簡單”方案十分吻合。

這個(gè)方案,，其實(shí)是1665年胡克所著《顯微圖譜》（Micrographia）中介紹過的一種方法的變體,。差別只在于那個(gè)小把手,，書中曾經(jīng)認(rèn)為需要磨掉。而《顯微圖譜》風(fēng)靡的年代,，早于列文虎克制造顯微鏡的全部生涯,。

《顯微圖譜》丨羅伯特·胡克

那么，“266倍鏡”的制造很可能借鑒了胡克的方法,，而非采用什么秘制工藝,。這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓研究團(tuán)隊(duì)相信，列文虎克的保密行為是面向競爭對手有意為之,。

1685年,，鍥而不舍的胡克把一位皇家學(xué)會會士送到荷蘭代爾夫特，試圖從列文虎克那里獲取顯微鏡的一些細(xì)節(jié),，依舊無所得,。如今科學(xué)家們也稍稍替胡克感到諷刺,，因?yàn)樗恢睂ふ业拇鸢?，可能早在自己心里?/p>

但即便如此，也是列文虎克自身的技藝讓胡克的方法發(fā)揮出了同時(shí)期里最大的效用,。列文虎克顯微鏡的放大倍數(shù),，直到100多年后才被超越。

三,、怎么也研究不完

原本,，列文虎克是一位布料商人，希望能有一種工具讓他把每根絲線看得更清晰,，以判斷品質(zhì)的優(yōu)劣,。

而在游歷英國并受到胡克《顯微圖譜》的啟發(fā)后，列文虎克對顯微技術(shù)的鉆研便一發(fā)不可收拾,。

他觀察過各種各樣的細(xì)胞,，還會把它們畫下來，比如1-4為兔子的精子,，5-8為狗的精子丨安東尼·范·列文虎克

他一生中制造了超過400臺顯微鏡,，打磨鏡片的技藝精湛，火工和吹制也得心應(yīng)手,。而除開那些常規(guī)操作,，列文虎克可能還探索過一些外界看來不可思議的工具：有歷史文件顯示，他曾經(jīng)用一顆鱈魚卵作透鏡,，來觀察周圍事物的倒像,。

只不過，400多臺顯微鏡中只有11臺存世,，列文虎克本人對工藝的描述又微乎其微,，于是外界對他的顯微鏡制造方法了解甚少,，大部分信息仍待挖掘。

而科學(xué)家們也在論文里寫到,，列文虎克制造顯微鏡鏡片時(shí)用的工藝,，怎么研究都不會枯竭，因?yàn)闆]有哪一種工藝是可以被完全排除的,。

參考文獻(xiàn)

［1］Cocquyt,， T.， Zhou,， Z.,， Plomp， J.,， & Van Eijck,， L. （2021）. Neutron tomography of Van Leeuwenhoek’s microscopes.Science Advances，7（20）,， eabf2402.

［2］van Zuylen,， J. （1981）. The microscopes of Antoni van Leeuwenhoek.Journal of microscopy，121（3）,， 309-328.

［3］Dobell,， C. （1932）. Antony van Leeuwenhoek and his＂ Little Animals.＂ Being Some Account of the Father of Protozoology and Bacteriology and his Multifarious Discoveries in these Disciplines.

［4］Schierbeek， A.,， & Rooseboom,， M. （1959）. Measuring the invisible world： the life and works of Antoni van Leeuwenhoek （No. 37）. Abelard-Schuman.

本文來自微信公眾號：果殼（ID：Guokr42），作者：栗子