日前，清華大學(xué)科學(xué)博物館在珍品柜展出了列文虎克(AntonivanLeeuwenhoek，1632—1723年)單式顯微鏡的復(fù)制品，此展品由荷蘭萊頓的布爾哈夫博物館復(fù)原團(tuán)隊(duì)手工打造，其長(zhǎng)不足10厘米，寬僅有兩三厘米，厚約1厘米。這件精致小巧的科學(xué)儀器激起了很多人的好奇心，觀眾對(duì)它的第一反應(yīng)往往是：這怎么可能是顯微鏡?的確，與大多數(shù)觀眾在求學(xué)期間自然課或生物課上使用的復(fù)式顯微鏡相比，這個(gè)可在手中摩挲的小小銅板不免顯得有些“特立獨(dú)行”。

那么列文虎克的這種單式顯微鏡該如何使用，能把標(biāo)本放大多少倍?其背后又有什么有趣的歷史?

列文虎克與羅伯特·胡克

要談列文虎克，就不能不提到與他同時(shí)代的大名鼎鼎的羅伯特·胡克(RobertHooke，1635—1703年)。1662年，年輕的胡克擔(dān)任了成立不久的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的實(shí)驗(yàn)管理員，他用改良的顯微鏡來觀察各種東西，發(fā)現(xiàn)軟木在顯微鏡下呈現(xiàn)出一個(gè)一個(gè)的腔室，類似于修道院的一個(gè)個(gè)居室，所以將其稱為“修道院?jiǎn)稳诵∈?rdquo;(cell)。這就是為我們熟知的“細(xì)胞”。1858年，傳教士韋廉臣(AlexanderWilliamson，1829—1890年)、艾約瑟(JosephEdkins，1823—1905年)和數(shù)學(xué)家李善蘭(1811—1882年)編譯了《植物學(xué)》，其中的“聚胞體乃聚無數(shù)細(xì)胞為一體，諸細(xì)胞相黏合”被后人認(rèn)為是英文的cell首次被譯為中文的細(xì)胞。雖然在這之后的幾十年，細(xì)胞一詞并未成為通行的譯法，cell還被譯作珠、膛、小凹等，直到甲午戰(zhàn)爭(zhēng)之后，隨著日譯科技術(shù)語的引入，細(xì)胞才成為主流的用法，沿襲至今。

胡克使用的是復(fù)式顯微鏡，可將標(biāo)本放大30多倍。他最初的發(fā)現(xiàn)于1665年——倫敦大瘟疫發(fā)生那年——被結(jié)集成《顯微圖譜》(Micrographia)一書，這成為皇家學(xué)會(huì)第一本產(chǎn)生廣泛影響的著作。而比胡克年長(zhǎng)3歲的列文虎克，年輕時(shí)是荷蘭代爾夫特的一名布商。他沒有接受過太多的教育，只會(huì)講荷蘭語，不懂英語和拉丁語。列文虎克1668年訪問倫敦，很有可能是在這段時(shí)間，他接觸到了胡克的《顯微圖譜》?；蛟S是書中描繪的巨大的跳蚤插圖觸動(dòng)了這位布商，他開始對(duì)顯微鏡感興趣，待返回荷蘭，他就研制起透鏡，開啟了持續(xù)半個(gè)多世紀(jì)的單式顯微鏡制造和觀察生涯。

列文虎克制造的顯微鏡，如清華大學(xué)科學(xué)博物館珍品柜展示的這件儀器一樣，結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單。一個(gè)極小的玻璃珠作為單透鏡安裝在黃銅板上的小孔中，標(biāo)本放置在鏡頭前突出的尖點(diǎn)上，轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)螺絲，就可調(diào)整位置和焦距。眼睛靠近透鏡，就能觀察到放大的標(biāo)本。列文虎克的顯微鏡，最多可將標(biāo)本放大至275倍，這也使得胡克一生都對(duì)列文虎克如何制作出這種透鏡感到好奇和疑惑。

進(jìn)入充滿生機(jī)活力的新世界

通過朋友介紹，列文虎克從1673年開始給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)寫信，他的發(fā)現(xiàn)也逐漸公諸于世。直到1823年去世，列文虎克一直與英國(guó)皇家學(xué)會(huì)及其成員保持著密切通信，現(xiàn)在有約200多封信仍然保存在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。透過這些書信，我們可以看到列文虎克對(duì)他進(jìn)入的新世界充滿生機(jī)和活力的記錄。

其中，1676年10月9日的一封信，留下了當(dāng)年春天列文虎克連續(xù)觀察了4天雨水后寫下的一段話：“我判斷，即使把一百個(gè)這些小動(dòng)物撐開擺在一起，也不會(huì)超過一顆粗沙子的長(zhǎng)度;如果這是真的，那么一百萬個(gè)這些活物也不夠一顆粗沙粒的體積。”這段文字中的“小動(dòng)物”，就是我們現(xiàn)在熟知的細(xì)菌，這也是人類首次發(fā)現(xiàn)細(xì)菌。

在1683年的另一封信里，他寫道：“在我的門牙和臼齒之間有一些東西嵌在里面，或者生長(zhǎng)在那里……極為詫異的是，我總會(huì)看到在這些物質(zhì)中有許多非常小的活著的微生物，動(dòng)得非?？蓯邸？磥硎澜绯錆M了生命，數(shù)量比以前想象的要多得多。水滴里存在活物，人的牙縫里寄存的小顆粒也存在活物!”

他還對(duì)兩位從未清潔過牙齒的老人做了重復(fù)觀察，在取出的樣本上發(fā)現(xiàn)了“一群令人難以置信的活體動(dòng)物，它們游泳的速度比我迄今為止見過的任何動(dòng)物都要靈活。”

隨著一個(gè)又一個(gè)石破天驚的新發(fā)現(xiàn)——包括精子、血細(xì)胞的首次觀察——從代爾夫特傳到倫敦，列文虎克在顯微鏡制作和觀察上的才華開始被歐洲認(rèn)可，他在1680年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的正式會(huì)員，他位于代爾夫特的家也成為名流貴胄，包括俄羅斯彼得大帝、英格蘭的詹姆斯二世和普魯士的腓特烈二世等的“打卡地”。

列文虎克像一位我們這個(gè)世界率先進(jìn)入到新的未知世界的探險(xiǎn)家，從人類熟知的日常尺度進(jìn)入了無法想象的、夢(mèng)幻般的微小尺度。從“異界”歸來后，他充滿喜悅地分享自己的所見，改變了人類對(duì)自然的認(rèn)知。

1716年，84歲的列文虎克還在堅(jiān)持用顯微鏡觀察這個(gè)世界，在一封信中他這樣寫道：“我已經(jīng)做了很長(zhǎng)時(shí)間的工作，并不是為了獲得我現(xiàn)在所享受的贊美，而是主要來自對(duì)知識(shí)的渴望，我注意到，我的這種渴望比他人更甚。因此，每當(dāng)我發(fā)現(xiàn)任何非凡的事情時(shí)，我都認(rèn)為我有責(zé)任將我的發(fā)現(xiàn)寫在紙上，以便所有具有創(chuàng)造力的人都得以知道。”

居世界領(lǐng)先地位長(zhǎng)達(dá)150年

直到19世紀(jì)30年代消色差顯微鏡鏡頭出現(xiàn)，列文虎克的鏡頭才被超越，也就是說，他的顯微鏡性能在世界居于領(lǐng)先地位長(zhǎng)達(dá)150年。

列文虎克在世時(shí)，他的同代人，包括胡克，就對(duì)他如何制造出如此高倍率的透鏡產(chǎn)生了濃厚興趣，但列文虎克對(duì)他制作透鏡的方法嚴(yán)格保密，甚至在客人參觀時(shí)也只讓他們看中等質(zhì)量的顯微鏡。1745年，隨著列文虎克女兒瑪麗亞的去世，他的大部分顯微鏡在1747年舉辦的一場(chǎng)拍賣會(huì)上被搶購(gòu)一空。

這些珍貴的顯微鏡可謂命運(yùn)多舛，科學(xué)史家研究認(rèn)為，列文虎克制作的顯微鏡的總數(shù)達(dá)559件——這意味著在他50年的顯微鏡制作和標(biāo)本觀察生涯中，平均每個(gè)月制作一個(gè)，由此也可一窺列文虎克的勤奮。根據(jù)拍賣記錄，買家似乎以代爾夫特當(dāng)?shù)鼐用駷橹?，有公證人、醫(yī)生、外科醫(yī)生、地方法官、銅匠，但也有至少三分之一的拍品是匿名人士通過給中間人傭金的方式購(gòu)買的。不過，可預(yù)見的是，大多數(shù)新主人利用顯微鏡觀察標(biāo)本的能力根本無法與列文虎克相提并論。在失望之余，這些小巧的顯微鏡被擱置一旁，最終導(dǎo)致了大量丟失——目前全世界只有約10件原件幸存。

由于列文虎克生前對(duì)透鏡制作方法的嚴(yán)格保密，目前留存的顯微鏡原件又極為珍貴，不便拆開顯微鏡直接觀察內(nèi)部構(gòu)造，因此在破解列文虎克如何制作出高倍率透鏡之謎上，科學(xué)史家一直束手無策。2021年，荷蘭萊頓的研究人員利用中子斷層掃描技術(shù)對(duì)列文虎克的兩個(gè)顯微鏡做了無損檢測(cè)，揭示了透鏡的完整結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)中倍率的透鏡呈扁豆?fàn)?，另一個(gè)高倍率的透鏡則為帶桿的球形玻璃珠，這表明，列文虎克使用的其實(shí)是胡克1678年公布的透鏡制作方法。他對(duì)外保密自己的制作方法，可能也有這方面的考慮。

列文虎克利用他制作的顯微鏡“打開了新世界的大門”，如今各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)家還繼續(xù)在這個(gè)新世界開疆拓土，不斷突破所能觀測(cè)的極限。有鑒于此，清華大學(xué)科學(xué)博物館計(jì)劃與哈佛大學(xué)歷史科學(xué)儀器收藏館(CHSI)合作，舉辦以歷史上的顯微鏡為主題的線上展覽，從列文虎克的單式顯微鏡到現(xiàn)代的最新式顯微鏡，相約一場(chǎng)尺度不斷延伸的新世界之旅。

(作者系清華大學(xué)科學(xué)史系博士后 劉年凱)

關(guān)鍵詞： 列文虎克 單式顯微鏡 人類視野 微觀新領(lǐng)域