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Francesco Stelluti:一个被遗忘的首次显微镜观察的记录者 精选

已有 4084 次阅读 2024-4-3 12:37 |系统分类:人物纪事

纪念列文虎克发现细菌350年(4

  在生命科学的舞台上,每一次发现都像一场精彩的演出。斯泰卢蒂Francesco Stelluti利用显微镜对蜜蜂和象鼻虫(bees and weevils)的观察比罗伯特·胡克的《 Micrographia 》早了近40年,比列文虎克描述见到细菌的时间早了49年。毫无疑问,Stelluti是第一个基于显微镜进行科学研究的人。在科学史上,他的发现应该与伽利略发现木星的卫星并驾齐驱。

01 说在前面

  2000年,《Nature》杂志将列文虎克(Anton van Leeuvenhoek)、马尔切洛·马尔皮吉(Marcello Malpighi)和罗伯特·胡克(Robert Hooke)列为从17世纪60年代开始将显微镜用于科学研究的第一人。并称他们为生物学家和细微事物的观察者(watchers of things small)。

  然而,最早的显微镜观察记录可追溯到1625年至1630年,是费德里科·塞西(Federico Cesi,1585-1630)和Francesco Stelluti(1577–1653)对蜜蜂和象鼻虫的研究。这些观察早于现存最古老的显微镜。由于这些观察结果是印在一本不同寻常的研究书籍中的,因此生物学家和其他科学家,包括那些其研究领域以使用这种仪器为基础的科学家,几乎都不知道这些观察结果。

02 塞西与猞猁之眼国家科学院

  Stelluti的工作与塞西和猞猁之眼国家科学院(the Accademia dei Lincei)密切相关。

  塞西家族属于罗马和教皇的高贵贵族。它起源于罗马附近的小镇 Cesi,其财富主要来源于与教会有关的高级职位。塞西的父亲强烈反对塞西走上研究的职业道路,但他的母亲为他提供了精神和经济上的支持。

  1603年8月,18岁的塞西(图1)和他的朋友数学家Francesco Stelluti、内科医生Johannes Heck和博学的Anastasio De Filiis共同建立了欧洲第一个科学院——意大利猞猁之眼国家科学院。学院的名字来源于希腊神话人物argout(图1),它以视觉敏锐而闻名。它的建立是为了研究和了解所有的自然,并将所有有生命和无生命的物体进行分类。在最初的两年里,这些成员共同居住在塞西的房子里,几乎是以修道院的形式生活,塞西为他们提供书籍和实验室设备。在1605年的一份文件中,学院的目标是“不仅要获得知识和智慧,公正而虔诚地生活在一起,而且要和平地向人们展示它们,无论是口头还是书面的,没有任何伤害。”塞西确信只有几个科学家之间的合作才能拓宽科学的视野。

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Fig. 1. 左图:Federico Cesi

右图:Symbol of the Accademia dei Lincei. Rome Accademia dei Lincei.

03 伽利略与猞猁之眼国家科学院

  借助于伽利略提供的显微镜,Francesco Stelluti才完成了首次显微镜观察。

  伽利略(Galileo di Vincenzo Bonaulti de Galilei,1564—1642)在1611年春天访问罗马期间加入猞猁之眼国家科学院,学院承诺发表他的研究成果。他的一些出版物是由Lincei赞助的,并带有他们的标志(图1和图2)。伽利略成为该学院最著名的成员。该学院最著名的出版物是伽利略的著作,首先是1613年他的《太阳黑子论》,然后是1623年他的《测定者》。伽利略入职后,成员迅速增加,在其鼎盛时期,学院有32名成员,其中许多人来自国外。

  自1590年左右,放大镜的配置就已经出现,但是猞猁之眼国家科学院是第一个将这种仪器用于严肃的科学用途,并记录和发表结果的机构。

  与普遍的看法相反,伽利略并没有发明望远镜。伽利略在1609年听说了荷兰制造的望远镜之后,建造了他的第一台望远镜。1610年,他在一本名为《星际信使》的小册子中发表了他第一次利用该仪器进行的天文观测。在书中,他解释了他是如何第一次听说望远镜的,以及他是如何制造自己的仪器的。

  与星际信使报道的其他几项重大发现一起,还有一项声明称,木星的轨道上有四颗卫星。用肉眼可以看到木星,但是要看到它的卫星必须用望远镜。因此,光学透镜的使用首次揭示了肉眼无法看到的物体。

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Fig. 2. 左图:Galileo Galilei. 1624, Rome. Accademia dei Lincei.右图:Title page of Galileo's 1613 monograph showing Lineo after his name and the Lincei symbol. Accademia dei Lincei.

  在1611年的一次会议上,伽利略不仅向猞猁之眼国家科学院同行展示了一台望远镜,还展示了一台显微镜。伽利略为科学院提供了一台显微镜,塞西利用这台显微镜对蕨类植物进行了显微研究,因而塞西似乎成为第一个利用科学技术研究蘑菇的人Stelluti则利用这台显微镜对蜜蜂进行了研究,由此也成就了Stelluti的一番事业

04 显微镜的名称与Stelluti和Giovanni Faber

  在伽利略的时代,用来观察遥远物体或非常小的物体的光学仪器还没有被普遍接受的名称。伽利略把这种仪器严肃地称为特殊管或管状胆管(一种带有两个透镜的管子)。塞西恰如其分地称之为“尿镜”。大约在1611年,双方就telescopio望远镜达成了协议。与今天的仪器相比,伽利略的仪器微不足道: 它只比肉眼的能力低两个等级。但是他带来了天文学、宇宙学和哲学的革命,从木星的卫星开始,这些革命足以打破旧的天空模式。

  至于另一种仪器,伽利略称之为“用来近距离观察事物的小玻璃”(the small glass for spying things up close),但是也有人提出了enghiscopio以及ponoscopio这个术语。

  德国植物学家约翰内斯·费伯(Giovanni Faber)也是猞猁之眼国家科学院的成员,1611年起担任学院院长和秘书。有文献说Microscope这个词是Francesco Stelluti发明的,其实这个词的真正创造者是Giovanni Faber。1625年Faber创造了Microscope “显微镜”这个词(图3),这个词来自希腊语中的‘mikro’意思是"微小的尺寸"和‘skopion’指的是'观察的手段'。英文“micro”意思是“small,”“scope”“to look at”(图3)。之后,Stelluti采纳并延用了这个词,也就是说"microscope"一词在1625年才开始流行,幸运的是,这个名字一直沿用至今。因此,科学革命中的两大光学仪器在1611年至1625年的不到20年时间里投入使用,并得到了现在的名称。

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Fig. 3.左图:Francesco Stelluti,右图:Microscope由来

  我国使用“显微镜”一词,最早出现于李渔成书于1658年的小说《十二楼·夏宜楼》中:“大似金钱,下有三足,以极微、极细之物,置于三足之中,从上视之,即变为极宏、极巨。虮虱之属,几类犬羊;蚊虻之属,有同鹳鹤;并虮虱身上之毛,蚊虻翼边之彩,都觉得根根可数,历历可观,所以叫作显微,以其能显至微之物而使之光明较著也”。李渔所说的乃是单式显微镜。然而,显微镜在中国近代医学与生命科学中的真正使命直到民国时代才得以完成。

05  Stelluti 的观察与贡献

  Francesco Stelluti利用放大镜,即所谓单式显微镜研究蜜蜂,开始将人类的视角由宏观引向微观世界的广阔领域。此后,人们从简单的单透镜开始学会组装透镜具组,进而学会透镜具组、棱镜具组、反射镜具组的综合使用。

  科学家们很快就将这种新设备投入使用,并开始研究以前肉眼看不清或看不见的东西。解剖学家、昆虫学家和植物学家特别热衷于利用这项新发明来进一步了解自然界。

  1625年,Francesco Stelluti详细检查了蜜蜂的身体,并发表了他的研究成果Apiarium《蜂房》,这是第一个基于显微科学的研究Stelluti’s Melissographia的美丽显示蜜蜂显微外观的插图,展示了第一个蜜蜂的显微解剖学细节,并在1625年献给了教皇乌尔班八世。通过显微镜观察描绘的三只蜜蜂(并非巧合的是,三只蜜蜂组成了新教皇乌尔班八世的家族徽章)。这标志着在印刷书籍中第一次通过显微镜观察到物体。

  许多其他的发现和学术论文很快随之而来,到了17世纪下半叶,精美的插图作品被出版,向感兴趣的读者展示通过最新的显微镜可以看到的东西。

  现在很清楚,一只小昆虫的结构可能和一只大型哺乳动物一样复杂。通过显微镜观察也提出了一些令人困惑的问题,如寄生蚤本身是否有跳蚤,这些跳蚤是否也有跳蚤等等?显微镜揭示了新的世界,但它们在哪里结束呢?这项发明似乎提出了比当前技术所能回答的更多的问题。

  显微镜揭示了一些肉眼无法看到的东西的例子在Stelluti的蜜蜂眼睛图中很明显。他展示了眼睛的多面性(图4中的图1、图3、图6、图7和图8)。蜜蜂像所有昆虫一样,有复眼,由许多叫做小眼的结构和功能单位组成。每个小眼都有自己的角膜,在复眼的外表面形成一个小面。每个角膜下面都有一个晶状体。对光敏感的部分称为横纹肌,它被视网膜细胞包围,视网膜细胞传递刺激信号。每个小眼周围都有色素细胞,阻止光线从一个小眼传到另一个小眼。Stelluti是历史上第一个对昆虫的复眼进行描述的人,这也是第一次显微镜真正的在科学上的应用。

  Stelluti对象鼻虫的观察是非同寻常的,因为他描绘象鼻虫的方式。目前已知的象鼻虫约有4万种,其中大多数体型较小,平均长度约为5至6毫米。象鼻虫的触角是弯曲的,分段的,他记录了这些触角的微观细节(图4)。和蜜蜂一样,象鼻虫也有复眼,Stelluti 的画中也有象鼻虫多面的眼睛。正如他用肉眼观察象鼻虫的插图所表明的那样,如果没有显微镜的帮助,就不可能看到这些细节

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Fig. 4.左图:Stelluti用显微镜观察蜜蜂的插图。背侧、腹侧和侧面的视图显示,还有解剖的蜜蜂的几个部分。右图:用显微镜观察象鼻虫。在右上角,为了比较的目的,是一个肉眼看到的象鼻虫。左上角是象鼻虫突出的长鼻末端口器的微观细节图

  Stelluti的显微镜是适度放大的,并不比肉眼的分辨率高多少。然而,它显示,例如,蜜蜂的刺,以前从来没有看清楚。因此,在科学史上,他应该与伽利略发现木星的卫星并驾齐驱。

                          2024-4-2于济南

微生物之父列文虎克与diertgena和animalcule及其进化https://blog.sciencenet.cn/blog-526326-1423654.html

主要参考文献

1.   Endeavour2001, 2593-103

2.   The Galileo Project | Galileo | Federico Cesi and the Accademia dei Lincei (rice.edu)

3.   Nature 2000 405999

4.   Who Invented the Microscope? History of Microscope - Rs' Science (rsscience.com)

5.   BioScience 1983,Vol. 33 No. 1

6.   Francesco Stelluti - Linda Hall Library

7.   Francesco Stelluti Issues the First Book Containing Images of Organisms Viewed through the Microscope : History of Information

8.  科学网—显微镜的西学东渐 (sciencenet.cn)



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