Человек долгое время жил в окружении невидимых организмов. Постоянно сталкиваясь с продуктами их жизнедеятельности. Изготавливал вино, уксус, выпекал хлеб и многое другое. Страдал от заболеваний вызванных этими организмами. Не подозревая об их существовании. Ведь их размеры настолько малы, что невидимы человеческому глазу.
Ещё в Древнем Вавилоне пытались расширить человеческие возможности. Во время раскопок были найдены двояковыпуклые линза. На сегодня простейшие оптические приборы. Это был шаг в микромир. В дальнейшем в 16-17 века благодаря развитию астрономии были созданы подзорные трубы. Было замечено, если линзы расположить наоборот, можно рассмотреть очень мелкие предметы. Зная это, в 1610 году Г. Галилей создал микроскоп.
Позднее физик, изобретатель Р. Гук сконструировал микроскоп из двух двояковыпуклых линз. Он давал увеличение в 30 раз. При рассмотрении среза пробки он увидел ячейки. Впоследствии они были им названы клетками. Все дальнейшее изучение микромира было связано с усовершенствованием микроскопов.
Большой вклад в изучении микроорганизмов внес Антони ван Левенгук. Изначально его заинтересовало строение льняных волокон. Для их рассмотрения он отшлифовал несколько грубых линз. В дальнейшем он увлекся этой работой. Стал усовершенствовать линзы. Он их называл «микроскопии». Свои одинарные двояковыпуклые стекла вставлял в оправу из серебра или латуни. Имели вид современных луп. В дальнейшем он создал микроскоп с подсветкой. Их увеличительные способности были на тот период наибольшими. Увеличивали в 200-270 раз. Будучи от природы любознательным он рассматривал все: кровь, зубной налет, слюну и многое другое. За свои работы был принят в Лондонское Королевское общество. Он пришел к выводу, что все вокруг заселено маленькими организмами. По его мнению, они были устроены как животные. Известно, что Петр первый побывал у него и привез в Россию первый микроскоп. В дальнейшем по его образцу их выпускали в России.
Развитие наук требовало усложнение увеличительных приборов. И в 1863 году появился поляризационный. С 1931 года пришло время электронных микроскопов. Он был гораздо мощней, чем световой. Его возможности позволили рассмотреть не только клетку, но и её органеллы. Началось время развития гистологии (наука о тканях) и цитологии (наука о клетке). Позже его создателю Э. Руска была вручена Нобелевская премия.
Усовершенствование электронного микроскопа привело к созданию лазерного прибора. В основе лежит лазерный пучок. Это приводит к тому, что появилась возможность рассматривать в более глубоких слоях. Его модернизация привела к созданию лазерного рентгеновского микроскопа. На сегодняшний день с помощью увеличительных приборов можно не просто увидеть микромир, но и сфотографировать. Сделать 3 D проекцию. Если на первых этапах создания увеличительных приборов их размеры были не большие. Современное оборудование же бывает не просто больших, а очень больших размеров. В тоже время они стали более доступные. Их можно приобрести для личного пользования.
Создание микроскопа и его дальнейшее совершенствование позволило развиться многим наукам. Первой, из которых стала микробиология. Его используют во многих смежных дисциплинах: медицине, ботаники, геологии, химии, энтомологии (наука о насекомых), физики и других. Благодаря ему было сделано большое количество научных открытий. Появилась возможность понять механизм многих процессов. Научиться справляться с опасными заболеваниями, которые вызываются микроорганизмами.
До изобретения микроскопа самое маленькое, что люди могли видеть, было примерно такой же величины, как и человеческий волос. После изобретения микроскопа примерно в 1590 году мы внезапно узнали, что существует ещё удивительный микромир живых существ везде вокруг нас.
Правда до конца непонятно, кому стоит отдать лавры создания микроскопа. Некоторые учёные-историки утверждают, что это был Ханс Липперсгей, который известен за подачу первого патента на телескоп. Другие свидетельства указывают на Ханса и Захария Янссенов, отца и сына, настоящей команды изобретателей-энтузиастов, живших в том же городе, что и Липперсгей.
Липперсгей или Янссены?
Ханс Липперсгей родился в Везеле в Германии в 1570 году, но позже переехал в Голландию, которая затем стала местом инноваций в области искусства и науки, а эта эпоха была названа «Золотой век Голландии». Липперсгей поселился в Миддельбурге, где он изобрёл очки, бинокль и некоторые из самых ранних микроскопов и телескопов.
В Миддельбурге жили Ганс и Захарий Янссены. Часть историков приписывает изобретение микроскопа именно Янссенам, благодаря письмам голландского дипломата Уильяма Бореэля.
В 1650-х годах Бореэль написал письмо врачу французского короля, в котором он описал микроскоп. В своем письме Бореэль сказал, что Захарий Янссен начал писать ему о микроскопе в начале 1590-х годов, хотя Бореэль сам увидел микроскоп спустя годы. Некоторые историки утверждают, что Ханс Янссен помог построить микроскоп, поскольку Захария был подростком в 1590-х годах.
Ранние микроскопы
Ранние микроскопы Янссена были составными микроскопами, в которых использовались по меньшей мере две линзы. Линза объектива расположена близко к объекту и создает изображение, которое подбирается и увеличивается еще дальше второй линзой, называемой окуляром.
Музей Мидделбурга имеет один из первых микроскопов Янссена, датированный 1595 годом. Он имел три скользящих трубки для разных объективов без штатива и был способен увеличивать в три-девять раз истинные размеры объекта. Новости о микроскопах быстро распространились по всей Европе.
Галилео Галилей вскоре улучшил конструкцию сложного микроскопа в 1609 году. Галилей назвал свое устройство occhiolino или «маленький глаз».
Английский ученый Роберт Гук также улучшил микроскоп и исследовал структуру снежинок, блох, вшей и растений. Гук исследовал структуру пробкового дерева и придумал термин «клетка» из латинского cella, что означает «небольшая комната», потому что он сравнивал клетки, которые он видел у пробкового дерева, с небольшими комнатами, в которых жили монахи. В 1665 году он подробно описал свои наблюдения в книге «Микрография».
Микроскоп Гука около 1670-го года
Ранние составные микроскопы обеспечивали куда большее увеличение, чем микроскопы с одной линзой. Однако при этом они сильнее искажали изображение объекта. Голландский ученый Антуан ван Левенгук разработал мощные однообъективные микроскопы в 1670-х годах. Используя своё изобретение, он первым описал сперматозоиды собак и людей. Он также изучал дрожжи, эритроциты, бактерии из рта и простейших. Микроскопы Левенгука с одним объективом могут увеличивать в 270 раз фактические размеры рассматриваемого объекта. После ряда улучшений в 1830-х годах данный тип микроскопов стал очень популярным.
Ученые также разрабатывали новые способы подготовки и окраски образцов. В 1882 году немецкий врач Роберт Кох представил свое открытие микробактерии туберкулёза, бацилл, ответственных за туберкулез. Кох продолжил использовать свою методику окраски, чтобы изолировать бактерии, ответственные за холеру.
Самые лучшие микроскопы приближались к пределу увеличительной способности к началу 20-го века. Традиционный оптический (световой) микроскоп не способен увеличивать объекты, размер которых меньше длины волны видимого света. Но в 1931 году был преодолён этот теоретический барьер с помощью создания электронного микроскопа двумя учеными из Германии Эрнстом Руска и Максом Кноллом
Микроскопы развиваются
Эрнст Руска родился последним из пяти детей в Рождество 1906 года в Гейдельберге, Германия. Он изучал электронику в Техническом колледже в Мюнхене и продолжил изучать высоковольтные и вакуумные технологии в Техническом колледже в Берлине. Именно там Руска и его советник, доктор Макс Кнолл, сначала изобрели «линзу» магнитного поля и электрического тока. В 1933 году учёные смогли построить электронный микроскоп, который сумел превзойти предел увеличения светового микроскопа.
В 1986 году Эрнст был награждён Нобелевской премией по физике за своё изобретение. Увеличение разрешения электронного микроскопа достигалось за счёт того, что длина волны электрона была ещё меньше, чем длина волны видимого света, особенно при ускорении электронов в вакууме.
В XX веке развитие электронных и световых микроскопов не останавливалось. Сегодня лаборатории используют различные флуоресцентные метки, а также поляризованные фильтры для изучения образцов или использовать компьютеры для обработки изображений, которые не видны человеческому глазу. Имеются отражающие микроскопы, фазово-контрастные микроскопы, конфокальные микроскопы, а также ультрафиолетовые микроскопы. Современные микроскопы могут даже изображать один атом.
В XXI веке развитие биологии идет семимильными шагами. Сегодня эта профессия снова обрела популярность, многие родители стремятся направить своих юных ученых именно по этой стезе. И действительно, новости об открытиях приходят практически ежедневно из всех уголков земного шара. Человечество взрослеет в интеллектуальном плане. Те, кто изобрел микроскоп
- настоящие гении и профессионалы, они позволили цивилизации расти не только в медицине и области знаний об эволюции, но и во всех других научных и промышленных отраслях. Благодаря им формы жизни активно изучаются как на клеточном, так и на молекулярном уровне, кроме того достигнуты колоссальные результаты в металлургии, геологии, машиностроении. Их имена заслуживают уважения целых поколений, которым дано счастье пользоваться современными благами.
Кто изобрел микроскоп - пожалуй, именно с этого молодым биологам, смышленым детям и просто любознательным интеллектуалам следует начать свое удивительное путешествие в микромир, таящий в себе множество тайн и загадок, удивляющий и восхищающий не зависимо от возраста наблюдателя. Это полезное изобретение стало плодом многолетний кропотливой работы сразу нескольких изобретателей, гениальное попадание в цель, которую другие попросту не видели. Вспомним их и рассмотрим неоценимый вклад каждого.
Будучи неравнодушным к астрономии, Галилео Галилей разработал и сконструировал телескоп, оптическая схема которого в скором времени была использована в первых составных микроскопах. Доработанное устройство было названо «маленьким глазом» или «Оккиолино». Можно ли при этом утверждать, что он его изобрел в 1609 г., являясь весьма далеким от каких-либо биологических экспериментов (за исключением, может быть, наблюдения насекомых, являвшимся хобби)? С некоторой натяжкой, наверное, да. И большинство энциклопедий едины в своем мнении.
Более чем 6 десятилетий спустя, Антони ван Левенгук изобрел усовершенствованный микроскоп, способный показывать клетки растений и даже одноклеточные организмы, например, эвглен, инфузорий. По своей сути это был прибор, состоящий из отшлифованной линзы, закрепленной на металлической пластине. Не смотря на очевидную простоту, он был самый мощный, выдававший увеличение более чем в 270 крат! Образцы подсвечивались с помощью естественного света, направленного на них из открытого окна или горящей свечки.
Начиная с 1870-х г, после разработки Эрнстом Аббе теории о микроскопии, производители получают готовую технологию, и немецкая компания Carl Zeiss впервые берется за серийное производство, обеспечив себе лидерство и даже монополию на долгие годы вперед.
XIX и XX вв. ознаменовались созданием специализированных микроскопов, например, поляризационных, люминесцентных, металлографических. Помимо классических методов исследования (светлое и темное поле) получил широкое применение фазового контраста. В условиях современности изображение фиксируется в цифровом виде - делаются фотографии и видеоролики. Это оказалось возможным после появления видеоокуляра, позволяющего выводить картинку на экран компьютера в режиме on-line.
Такой прибор, как микроскоп, и раньше, и в современном мире пользуется огромной популярностью. Каждый из нас еще со школьных времен хорошо помнит, что это оптическое устройство, которое увеличивает объекты в сотни, а то и в тысячи раз. На уроках биологии мы смотрели через окуляр на клетки луковой пленки и удивлялись хитроумности и сложности такого прибора. Сегодня же попробуем разобраться в том, кто изобрел микроскоп, так как точного ответа на этот вопрос еще нет.
Как появился первый микроскоп
Оптические свойства изогнутых поверхностей были обнаружены еще в 300-х годах до нашей эры. Евклид в своих трактатах рассказал о проведенных исследованиях, объяснив преломление и в результате чего происходило зрительное увеличение предметов. Птолемей в работе "Оптика" описал характеристики воспламеняющих стекол. Но в то время все эти свойства не нашли применения. И только через несколько веков их использовали на практике.
Ханс Янсен вместе со своим сыном Захарием соорудили в 1550 году самую первую модель устройства: в одну трубку поместили две линзы, получив таким образом пятидесятикратное увеличение. Это и есть один из вариантов ответа на вопрос о том, кто изобрел примитивный микроскоп. А Галилей в 1610 году обнаружил, что, раздвигая им изобретенную, можно также увеличить небольшие предметы. Именно этот ученый и стал считаться тем, кто изобрел первый микроскоп, состоящий из отрицательной и положительной линз. После этой даты исследования в рассматриваемой области начали стремительно развиваться.
17 век - время великих открытий
В указанном столетии произошла самая настоящая научно-техническая революция, которая и стала фундаментом большинства современных наук: биологии, медицины, физики, математики. Были сделаны грандиозные открытия и великие изобретения. Как раз в то время микроскопы заметно усовершенствовались и стали важной частью каждого исследователя. Но так никто точно и не сказал, кто изобрел микроскоп, кого считать его создателем. По одному из мнений, создателем рассматриваемого прибора является А. Кирхер, в 1646 году описавший устройство под названием "блошиное стекло". Из чего оно состояло?
Это была лупа, закрепленная в основе из меди, которая держала предметный столик. В самом низу размещалось отражавшее свет и освещающее предмет. При помощи винта можно было перемещать лупу и настраивать изображение. Такое устройство стало прообразом современного светового микроскопа.
Система окуляров К. Гюйгенса и дальнейшее развитие устройства
Создание данной системы стало большим шагом в развитии микроскопов. Удалось получить бесцветное изображение, что позволило увеличить четкость изучаемых предметов. Ученый К. Дребель в начале 17 века сделал сложный микроскоп, состоящий из двух линз: первая обращена к предмету, вторая - к глазу исследователя.
При этом в первой использовались стекла двояковыпуклые, что давало перевернутое увеличенное изображение. в 1661 году усовершенствовал устройство, добавив еще одну линзу. Такой тип и стал самым популярным для большинства моделей микроскопов до средины 18 века. Еще один изобретатель - Антоний Ван Левенгук - также считается тем, кто изобрел микроскоп. Причина - его огромный вклад в развитие рассматриваемого прибора. В свободное от работы время он шлифовал линзы. Несмотря на то, что они были относительно маленькими, увеличение давали поразительное - в 350-400 раз.
Влияние микроскопа на микробиологию
Используя свои линзы, Левенгук создал собственное устройство и стал изучать различные объекты. Так вот, всего лишь через одну небольшого размера сферическую линзу он увидел в капле грязной воды множество живых существ мельчайшего размера. Был сделан вывод о том, что существует какая-то микроскопическая жизнь. Левенгук занялся ее изучением, что положило начало еще одной новой науке - микробиологии. В 1861 году ученый представил свое открытие Лондонскому королевскому обществу и получил звание изобретателя микроскопов и величайшего исследователя.
Получается так, что и он - тот, кто изобрел микроскоп. К настоящему времени описываемые приборы претерпели большие изменения. Появились модели, которые используют не свет для получения изображения, а потоки электронов, а иногда и лазерное излучение. Для этого применяют и компьютерные вычисления. Микроскоп стал одним из важнейших приборов в исследованиях по естественным наукам, он применяется и в химии, и в биологии, и в физике.
Электронный микроскоп
Если задаться вопросом о том, кто изобрел электронный микроскоп, то правильный ответ будет таким: физики из Шеффилдского университета. В основе старого устройства - метод трансмиссионной микроскопии, позволяющий получать разрешение изображений, ограниченное только длиной волны электрона. В конструкции просвечивающего прибора исследователи отказались от магнитных линз, так как именно они в основном и понижали разрешение.
Сквозь образец проходили дифракции волн, и путем компьютерного анализа получалось изображение. Это электронная птихография. При помощи небольшой модификации конструкции и несколько другого способа формирования конечного изображения ученым удалось в пять раз увеличить разрешение на уже существующем приборе.
Принцип действия электронного микроскопа
Сейчас уже не столь важно, кто изобрел впервые микроскоп. Ныне правят бал совсем другие, намного более мощные устройства, в том числе электронные. По принципу работы они похожи на световые. Только в них вместо через образец проходят электроны, а магниты используются вместо стеклянных линз.
Но оно размывается из-за аберраций, присущих магнитным линзам. Ученые нашли способ восстановления изображений. Это позволило убрать из схемы магниты и, соответственно, искажения.
Кто изобрел световой микроскоп? Немного истории
Что такое оптический микроскоп? Это лабораторная система, предназначенная для получения изображений малых объектов в увеличенном виде с целью их изучения, рассмотрения и практического применения. Мы начали нашу статью с истории развития микроскопа, сейчас же посмотрим на этот вопрос с другой стороны. В настоящее время такое устройство необходимо не только врачам и биологам.
Без него невозможно представить высокие современные технологии с нынешними требованиями к контролю сборки и качеству продукции.
Расскажем об одном достижении. В 2006 году немецкие ученые Мариано Босси и Штефан Хелль разработали наноскоп - сверхмощный оптический микроскоп, который позволяет исследовать объекты супермаленького размера в 10 Нм, а также получать 3D-изображения высочайшего качества.
Кратко о возможностях современных устройств
Мы с вами немного разобрались с вопросом о том, кто изобрел первый микроскоп. А теперь буквально пару слов о возможностях современных приборов. В 2010 году из израильского университета Йешивы пришло известие о том, что ученые смогли проследить, как внутри клетки перемещаются отдельные молекулы. Тогда же немецкие исследователи запечатлели молекулярные превращения в ходе химических реакций. А еще на год раньше в Харьковском ФТИ получили четкое изображение отдельного атома.
Также нужно отметить то, что в настоящее время световые микроскопы догоняют электронные по своим возможностям.
Изобретение микроскопа началось с того, что однажды Галилей соорудил очень длинную подзорную трубу. Дело происходило днем. Закончив работу, он навел трубу на окно, чтобы на свету проверить чистоту линз. Прильнув к окуляру, Галилей оторопел: все поле зрения занимала какая-то серая искрящаяся масса. Труба немного покачнулась, и ученый увидел огромную голову с выпуклыми черными глазами по бокам. У чудовища было черное, с зеленым отливом туловище, шесть коленчатых ног… Да ведь это … муха! Отняв трубу от глаза, Галилей убедился: на подоконнике действительно сидела муха.
Так появился на свет микроскоп - состоящий из двух линз прибор для увеличения изображения маленьких предметов. Свое название - «микроскопиум» - он получил от члена «Академиа деи линчеи» («академии рысьеглазых»)
И. Фабера в 1625 г. Это было научное общество, которое, кроме прочего, одобряло и поддерживало применение оптических приборов в науке.
А сам Галилей в 1624 г. вставил в микроскоп более короткофокусные (более выпуклые) линзы, благодаря чему труба стала короче.
Роберт Гук и его достижения
Следующая страница в истории создании микроскопа связана с именем Роберта Гука. Это был очень одаренный человек и талантливый ученый. Наиболее значимыми достижениями Гука являются следующие:
- изобретение спиральной пружины для регулировки хода часов; создание винтовых зубчатых колес;
- определение скорости вращения Марса и Юпитера вокруг своей оси; изобретение оптического телеграфа;
- создание прибора для определения пресности воды; создание термометра для измерения низких температур;
- установление постоянства температур таяния льда и кипения воды; открытие закона деформации упругих тел; предположение о волновой природе света и природе земного тяготения.
По окончании Оксфордского университета в 1657 г. Гук стал помощником Роберта Бойля. Это была отличная школа у одного из крупнейших ученых того времени. В 1663 г. Гук уже работал секретарем и демонстратором опытов Английского Королевского общества (академии наук). Когда там стало известно о микроскопе, Гуку поручили провести наблюдения на этом приборе. Имевшийся в его распоряжении микроскоп мастера Дреббеля являл собой полуметровую позолоченную трубу, расположенную строго вертикально. Работать приходилось в неудобной позе - изогнувшись дугой.
Совершенствование микроскопа Гуком
Прежде всего Гук сделал трубу - тубус - наклонной. Чтобы не зависеть от солнечных дней, которых в Англии бывает немного, он установил перед прибором масляную лампу оригинальной конструкции. Однако солнце светило все же гораздо ярче. Поэтому пришла мысль лучи света от лампы усилить, сконцентрировать. Так появилось очередное изобретение Гука - большой стеклянный шар, наполненный водой, а за ним специальная линза. Такая оптическая система в сотни раз усиливала яркость освещения.
Находчивый Гук легко справлялся с любыми трудностями, появлявшимися на его пути. Например, когда понадобилось сделать очень маленькую линзу идеально круглой формы, он опустил острие иглы в расплавленное стекло и затем быстро вынул ее - на кончике иголки сверкала капелька. Гук подшлифовал ее немного - и линза была готова. А когда возникла необходимость улучшить качество изображения в микроскопе, то Гук между двумя традиционными линзами - объективом и окуляром - вставил третью, коллектив, и изображение стало более четким, при этом увеличилось поле зрения.
Когда микроскоп был готов, Гук принялся за наблюдения. Их результаты он описал в своей книге «Микрография», изданной в 1665 г. За 300 лет она переиздавалась десятки раз. Помимо описаний, она содержала замечательные иллюстрации - гравюры самого Гука.
Обнаружения и открытия, строение клетки
Особый интерес в ней представляет наблюдение № 17 - «О схематизме, или строении пробки и о клетках и порах некоторых других пустых тел». Гук так описывает срез обыкновенной пробки: «Вся она перфорированная и пористая, подобно сотам, но поры ее неправильной формы, и в этом отношении она напоминает соты… Далее, эти поры, или клетки, неглубоки, но состоят из множества ячеек, разделенных перегородками».
В этом наблюдении бросается в глаза слово «клетка». Так Гук назвал то, что и сейчас называется клетками, например, клетки растений. В те времена люди не имели об этом ни малейшего представления. Гук первым наблюдал их и дал название, оставшееся за ними навсегда. Это было открытие громадной важности.
Наблюдения Антони ван Левенгука
Вскоре после Гука начал вести свои наблюдения голландец Антони ван Левенгук. Это была интересная личность - он торговал тканями и зонтиками, но не получил никакого научного образования. Зато у него был пытливый ум, наблюдательность, настойчивость и добросовестность. Линзы, которые он сам шлифовал, увеличивали предмет в 200-300 раз, то есть в 60 раз лучше применявшихся тогда приборов. Все свои наблюдения он излагал в письмах, которые аккуратно посылал в Лондонское королевское общество. В одном из своих писем он сообщил об открытии мельчайших живых существ - анималькул, как Левенгук их назвал.
Оказалось, что анималькули присутствуют повсюду-в земле, растениях, теле животных. Это событие произвело революцию в науке - были открыты микроорганизмы.
В 1698 г. Антони ван Левенгук встретился с российским императором Петром I и продемонстрировал ему свой микроскоп и анималькул. Император был так заинтересован всем, что он увидел и что объяснил ему голландский ученый, что закупил для России микроскопы голландских мастеров. Их можно увидеть в Кунсткамере в Петербурге.
Левенгуку принадлежит еще одно важное открытие. Нагревая воду до кипения, он обратил внимание, что практически все анималькулы погибают. Значит, таким способом можно избавляться от болезнетворных микроорганизмов в воде, которую пьют люди.
Камера-обскура
Заканчивая разговор об оптических инструментах, необходимо упомянуть камеру-обскуру, изобретенную в 1420 г. итальянским инженером Дж. Фонтаной. Камера-обскура является простейшим оптическим приспособлением, позволяющим получать на экране изображения предметов. Это темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок, перед которым помещают рассматриваемый объект. Исходящие от него лучи света проходят через отверстие и создают на противоположной стене ящика (экране) перевернутое изображение объекта.
В 1558 г. итальянец Дж. Порта приспособил камеру-обскуру для исполнения рисунков. Ему же принадлежит идея применения камеры-обскуры для проецирования рисунков, помещенных у отверстия камеры и сильно освещаемых свечами или солнцем.
