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顯微鏡下,細胞現身

1664年11月3日,29歲的虎克(Robert Hooke)在英國皇家學會向台下的科學家們展示他的畫作;這可不是一般的肖像畫或風景畫,而是人類從未見過、也是肉眼無法辨識的各種微物。 出生於1635年7月18日的虎克自小體弱多病,父親在他13歲那年過世後,他便隻身來到倫敦謀生。虎克先當了一年畫家學徒,才就讀西敏公學,接著在1653年進入牛津大學。兩年後波以耳(Robert Boyle)前往牛津設立實驗室,表現優異的虎克在師長的介紹下,擔任波以耳的助手,協助製作實驗器材;其中他所改良的真空幫浦,讓波以耳得以完成氣體實驗,提出波以耳定律。 雖然名義上是波以耳助手,其實虎克自己就能獨立進行實驗,他於1660年從彈簧實驗發現虎克定律,並早於惠更斯發明鐘錶的擒縱輪與螺旋平衡彈簧。1662年,英國皇家學會獲得英王正式認可後,立即聘請虎克擔任實驗審查的負責人。 儘管這是個勞心勞力的無給職,他仍在工作之餘打造儀器設備、埋首實驗。如今他要在皇家學會發表的畫作,便是他自1663年開始,用親手發明的顯微鏡進行觀察,一筆一畫精細地繪出顯微鏡下的世界:包括跳蚤、蝨子的纖毛畢露、蒼蠅的複眼結構清晰可辨。 另外軟木薄片呈現一堆整齊排列的密集網格,虎克將這小格子稱為「細胞」(cell, 取自拉丁文cella,小房間之意),自此成為生物細胞的名稱。他於1665年出版《微物圖鑑》,集結這些顯微圖像,打開世人的眼界。 或許是因為長期負責實驗審查,一直接觸到各種新發明或新觀念,因而啟發虎克想到許多點子,他就當成是自己的創見,以至於常常指別人的主張或發明,他老早就想過了。牛頓於1672年第一次到皇家學會展示所發明的反射式望遠鏡,虎克就宣稱他以前就曾發明過同樣的東西,兩人因此結下樑子。後來牛頓提交光學論文給英國皇家學會,又被負責審查的虎克大肆批評,從此兩人不但成為死對頭,牛頓也拒絕再發表他的光學研究,直到虎克過世後,才終於出版《光學》巨著,光學發展因此晚了三十年。 虎克一生未娶,晚年因糖尿病不良於行,還雙眼失明,最後於1703年病逝。牛頓也於這一年接任皇家學會會長,他上任後命令取下虎克的肖像。孤家寡人的虎克也未留下任何畫像,至今我們仍不知這位身材矮小的大發明家,究竟長相如何。 按:關於「細胞」一詞,葉綠舒根據德國的彼得斯博士(Winfried S. Peters)的發現指出:「虎克的著作中完全沒有提到修道士或修道院,也沒有使用「cellula」這個拉丁詞彙。事實上,他一開始就用了「cell」這個詞(p.248, 249)」。詳見參考資料之連結。 參考資料:

第一個看到精子與微生物的人

今年是雷文霍克(Antoni van Leeuwenhoek)逝世三百週年,巧好上上禮拜在德意志博物館看到他設計製造的顯微鏡,就趁今天(10月24日)他的冥誕來介紹這位奇才,順便開始補記這趟歐洲之行。 雷文霍克於1632年在荷蘭出生,5歲時父親過世,母親帶著他再嫁。10歲時繼父又過世,他便被送到叔叔那裏,直到16歲到一家布店當學徒。他22歲結婚後自己開了家布店,隨著社會地位提升,自1660年開始在市政府先後兼任不同公職,長達四十年。 這樣的經歷怎麼會和科學研究沾上邊?這要從虎克(Robert Hooke)於1665年出版《微物圖鑑》(Micrographia) 說起。 前一年,虎克畫發明複式顯微鏡,將簡易顯微鏡頂多十倍的放大倍數增加到二、三十倍,得以看見過去肉眼難辨的細節。在他精細的畫筆下,可見到跳蚤、蝨子的纖毛畢露、蒼蠅的複眼結構清晰可辨,軟木薄片原來是虎克稱為「細胞」(cell, 取自拉丁文cella,小房間之意)的小格子所組成,而自此這便成為生物細胞的名稱。 在這本畫冊中,還有局部放大的絲綢帶,清楚顯現細紗如何交錯編織而成。雖然並沒有明確的記載,但經營布莊的雷文霍克很可能就是受此啟發,而決定自行研製顯微鏡。 雷文霍克不清楚複式顯微鏡的結構,於是他就下苦功將玻璃融製成透鏡,再研磨成比瞳孔還小的鏡片。結果這個單一鏡片的放大倍率竟然遠遠高於虎克的複式顯微鏡,可達200倍以上。雷文霍克的顯微鏡構造也非常簡單,鏡片就鑲在一片金屬板上,要觀察的物體放在金屬板前的金屬插銷的尖端上,再轉動螺絲來上下、左右或前後移動金屬插銷,使得物體位於正確的焦距。 雷文霍克原本只將窺看微物世界當作自己的私人興趣,無意對外發表,最後在他的朋友格拉夫(Regnier de Graaf)醫師的力勸下,他才於1673年將放大200倍的蜜蜂、蝨子、黴菌等手繪圖像寄給英國皇家學會。雷文霍克的信函刊出後立刻造成轟動,大家都難以想像怎麼會有一位從未聽過的人物就這麼橫空出世。 1675年,雷文霍克福至心靈的將水滴放到顯微鏡下觀察,赫然發現透明清澈的水中竟然有許多不停游動的微小生物!隔年他將發現寄給英國皇家學會後,得到的卻是一片質疑,因為這完全違反當時的認知。為了確認真偽,皇家學會特地派人來荷蘭實際觀測,在親眼目睹後,才相信肉眼不見之處也存在著生機盎然的大千世界。 雷文霍克前後磨製了五百多個鏡片,用來觀察各種物品,包括昆蟲、植物、動物器官,乃至自己的牙垢、血液、精液,他也因此成為第一個發現細菌、紅血球與精子的人。他將這些發現都寄給英國皇家學會,如此持續達五十年,信件超過190封。 不過雷文霍克一直無意追求名聲。1680年,英國皇家學會授予他會員資格,但他並未前往倫敦參加入會典禮,也從未參與皇家學會的活動。事實上,他始終不願離開家鄉,即使是俄國的彼得大帝,以及不久後將成為英格蘭國王的威廉三世也都請不動他,還是得親自到荷蘭登門拜訪,才能一睹他的偉大發現。 雷文霍克的顯微鏡改變了人類對生命的認知,一如當年伽利略用望遠鏡扭轉了人類在宇宙中的自我定位。雖然微生物學還要再過一百多年才真正萌芽,但溯本追源,雷文霍克還是因為其發現而被尊稱為「微生物學之父」。