有朋自远方来,不亦乐乎?——孔子
1675年,一天忽然天降大雨,列文虎克放下了手中的工作,望着屋檐下滴下来的那些雨滴发呆。这个时候,他突然产生了一个想法:从天而降的雨水中会有什么东西呢?于是列文虎克就取了一滴雨水放在他的显微镜下进行观察。结果让他大为震惊,因为在显微镜的帮助下,列文虎克惊讶地发现很多长相怪异的小动物,在雨水中活动着。我们现在当然知道这是怎么回事了,可是他根本不明白啊!于是他就把自己的观察笔记和素描寄往了英国皇家学会,他说:“我用四天的时间观察了水中的小动物,这些小家伙远比直接用肉眼看到的东西还要小,小到万分之一,这些小动物在运动的时候,有的如矛枪穿水直射,有的像陀螺团团打转,还有的成群结队徘徊前进”。看到这份报告后,有人说:“啊,列文虎克发现了一个属于他自己的动物园儿”。接下来,没有受过科学教育的列文虎克遭到了严重质疑。很多人听说列文虎克的这份报告的时候,都觉得他就是一个哗众取宠的骗子。
健客:为什么呢?
云飞:想想也很简单嘛。列文虎克显微镜下的“小动物”就是现在所说的微生物,我们想看随时都可以看到,但那个时候的人不仅看不到,而且从没听说过。很多人有显微镜,可他们的显微镜没有列文虎克的好,想验证都验证不出来,而列文虎克自己又不肯把自己制作显微镜的秘密公之于众,因此很多人就说列文虎克是个大骗子。
健客:那么后来呢?
云飞:赫赫有名的胡克验证了列文虎克的发现。后来列文虎克被称为微生物学先驱者。
“德不孤,必有邻”。说起列文虎克和胡克,真是亦师亦友。据说,列文虎克看了胡克的《显微制图》得到启发,走上科学道路。胡克在《显微制图》中描绘的跳蚤,外观上已经精美到几乎无以复加的地步,今天人们通过扫描电镜所能拍摄到的跳蚤,也不过如此而已。胡克又受英国皇家学会委托,验证列文虎克的发现。胡克也是制作显微镜的高手,于是他重新设计制造了一台显微镜,对雨水进行仔细观察,结果他看到了和列文虎克描述的一样的东西,这个小动物园是真实存在的。胡克运用自己的聪明才智改进了显微镜,他加入了三个组件,首先是加入了可以调节焦距的结构。只有对上焦,才看的实。第二是增加了照明系统。只有光线够,才看的见。第三是增加了载玻片,只有放的稳,才方便看。这三个组件的加入,就让当时的显微镜已经从原理和结构上,与我们今天的普通光学显微镜相近了。
健客:因为胡克是权威,他替列文虎克说了话,所以别人就不敢质疑了吗?
云飞:不是的。科学必须能够经得起同行质疑、检验和重复。不仅要有证据,而且要在严格控制的条件下,用严密的方法,重复、独立得到。亚里士多德说:“吾爱吾师,吾更爱真理”。世界著名学府哈佛大学的校训是“与柏拉图为友,与亚里士多德为友,更要与真理为友。”这是哈佛大学学生学习和为人的准则。其意义在于让学生破除迷信去探求真理。
1677年秋天,列文虎克带着精液样本直奔自己的显微镜。在显微镜下,他看到“数以千计沙粒般的小动物正在游动”。这次发现成为科学史上的里程碑。
那些小动物“长着比自己身体长五六倍的细尾巴”。它们蜿蜒前行,“靠尾巴的摆动前进,就像是蛇或鳝鱼在水中游”,仿佛在向某个重要的目的地冲刺。
历史学家称列文虎克是观察到精子细胞的第一人,事实上这并不完全正确。列文虎克确实看到精液中有微小的“鳝鱼”游动,但他并没有意识到这与人类的繁衍有何关系。相反,他以为自己发现了生活在精液中的小动物。毕竟,微生物似乎无处不在。精液中为什么不能有?当时,大多数科学家赞同他的观点。更奇怪的是,在列文虎克本人都改变想法之后的很长时间,这些科学家还坚持认为精子细胞是一些与性或生殖毫无关系的微生物。在列文虎克第一次观察到精子细胞的150 年后,动物论依旧是普遍观点。生物学刊物中的插图会为精子细胞标注嘴、膀胱和其它器官。
一些科学家对列文虎克的发现持另一种误解。他们认为精子细胞不是小动物,而是搅拌棒!这种观点同样延续到了19 世纪。在他们看来,精液很重要,精子细胞则不然,后者只是为了防止精液凝固。在生物学家眼中,与持续流动的血液相比,精液只是待在那儿,坐等派上用场的一天。他们将二者之间的差别视作奔腾的河流与凝滞的池塘。所以列文虎克发现的那些扭来扭去、游动不停的小动物不过是些会动的“搅拌棒”。
健客:为什么错得如此离谱?
云飞:时代局限使然。科学发展的过程就是不断地修正错误的过程。如今,我们认为细胞是生物体基本的结构和功能单位。已知除病毒之外的所有生物均由细胞组成,而且病毒的繁衍也必须在细胞中。细胞之于生物就如个人之于社会。细胞是胡克发现的,当时他用显微镜观察软木塞的薄切片,放大后发现一格一格的小空间,以英文cell命名。但是,他观察到的细胞早已死亡,仅能看到残存的细胞壁,还不能理解细胞为何物。因此,列文虎克通过显微镜观察精液,看到精子细胞既不像随水流漂走的树枝,也不像飘摇浮动的海草,而是按照一定方向自主游动,他便立即将其归为动物。不然还能是什么呢?英明的法官也难保没有误判。
1680年,列文虎克当选为英国皇家学会会员,1683年,他在牙垢中发现了细菌,他在观察笔记中写道:这些生物几乎像小蛇一样用优美的弯曲姿势运动。当然,搞清楚它们是细菌,那是很多年以后的事情了。这让我想起《百年孤独》的开头,“很多年以后,奥雷连诺上校站在行刑队面前,准会想起父亲带他去参观冰块的那个遥远的下午”。“有朋自远方来,不亦乐乎”,远方不仅指空间上的遥远地方,也包括时间上的过去和未来。
进入科学大门的列文虎克,把注意力转移到了血液上。血液循环是英国哈维根据大量的实验、观察和逻辑推理于1628年提出的科学概念。然而限于当时的条件,他并不完全了解血液是如何由动脉流向静脉的,只好推断:动脉血是穿过组织的孔隙而通向静脉。直至1661年,意大利组织学家马尔皮基用显微镜在青蛙的肺中发现了毛细血管。你看,又一个志同道合者。
列文虎克相继在鱼、蛙、人、哺乳动物及一些无脊椎动物中,观察到了毛细血管。 1688年,他在描述显微镜下观察蝌蚪尾巴的血液时写到:“呈现在我眼前的情景太令人激动了,……因为我在不同的地方发现了五十多个血液循环,……我不仅看到,在许多地方,通过极其细微的血管,血液从尾巴中央传送到边缘,而且还看到,每根血管都有弯曲的部分,把血液带向尾巴中央,以便再传到心脏。由此我明白了,我现在所看到的血管与称为动脉和静脉的血管事实上完全是一回事;这就是说,如果它们把血液送到血管的最远端,那就专称为动脉,而当它们把血液送回心脏时,则称为静脉。” 正是列文虎克的显微镜观察,使血液循环理论进一步完善。在观察毛细血管中的血液时,他还发现了血液中的红血球,成为第一个看见并描述红细胞的人。
列文虎克一生中都在精心打磨镜片的细节,不断的完善显微镜的成像效果,在显微镜的制造与改进上投入了毕生的心血。据统计,列文虎克一生当中磨制了超过400个镜片,并且制造了上百种的显微镜。他的心血全部用在了显微镜的制造和改进当中,给我们留下了众多的显微镜的样式,在看到他的各种稀奇古怪的设计的时候,人们都会惊叹这个人实在太专心了。
1723年8月24日,列文虎克在自己制作的显微镜中,挑选出最好的26台,加上几百个放大镜,一同寄给英国皇家学会,并在信中详细记录了显微镜的制作方法。几天后,91岁高龄的列文虎克,在家乡代尔夫特安详地离开了人世。
列文虎克的故事编入了人民教育出版社出版的小学三年级上册语文电子课本,课文名为《玩出了名堂》。这篇课文以“玩”为线索,以“名堂”为中心,很受孩子们的欢迎。不知孩子们知不知道:列文虎克磨制的一些最好的透镜用的是像沙子那么小的纯石英,就是我们常说的水晶。究竟是怎么制作出来的?一次列文虎克接受采访,记者问:“您成功的秘诀是什么?”沉默片刻,他伸出布满了老茧和裂纹的双手。这个举动,让世人对列文虎克更加崇敬。孩子们一定知道:咱们的诗仙李白留下了“铁杵磨成针”的故事。可见,东西方文化有很多共通的地方。
列文虎克一生没有留下任何著作,他日复一日地打磨透镜,观察新奇事物,然后把自己极具感染力的观察笔记和素描送到英国皇家学会。美国科普作家卡伦博士在《细菌传记——一个叫Bb的小小病菌的前世今生》中说:“列文虎克是我最心仪的历史人物。倘若有机会能与这样的人交流,哪怕是黑夜回家我都愿意”。
列文虎克用显微镜打开了微观世界的大门,直到200年后,有朋自远方来,证实了细菌可导致疾病。
欲知后事如何,且听下回分解。
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