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本文標(biāo)題："躍上顯微鏡輝煌歷史檯面的，是德國(guó)顯微鏡製造者"

宇宙中獨(dú)特的藍色星球
12 這個(gè)被我們?nèi)?#63952;稱(chēng)為地球（Earth）的星球表面，存在著宇宙中近似獨(dú)一無(wú)
13 二的『生命』（Life），當(dāng)?shù)厍虺霈F(xiàn)生命跡象的那一刻，就已注定這個(gè)藍色星體的
14 與眾不同。經(jīng)過(guò)數十億年的自然氣候淬煉與生態(tài)環(huán)境變化，從恐龍到人類的生物
15 霸主更迭，至今已為人知的生物物種約有200 萬(wàn)種，加上尚未被鑑定出所有物
16 種，可能至少有1000 萬(wàn)種以上，也就是說：未知的生命遠(yuǎn)比現(xiàn)在所知悉、定義
17 或分類的生命多出很多（有學(xué)者指出已知的僅佔(zhàn)未知的約1/8），『生物多樣性』
18 （Biodiversity）儼然成為地球的重要生命特質(zhì)及寶貴資產(chǎn)。即便如此，人類時(shí)至
19 今日卻從不放棄向地球外的宇宙各地、尋找類似地球具有生命的星體，包括離我
20 們最近的火星（Mars）<如數年前的鳳凰號(hào)、以及現(xiàn)今的克普勒計(jì)畫(huà)（美國(guó)太空
21 總屬NASA）。到底何謂生命（生命的定義）？而地球上生命的定義與宇宙中生
22 命的定義又是否相同呢？要探索這個(gè)問(wèn)題，必須先從地球的生命本身開(kāi)始。
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24 2. 初探生命科學(xué)
25 地球上所謂生命的最基本單位，現(xiàn)在被統(tǒng)一稱(chēng)之為細(xì)胞（cell）。細(xì)胞依基本
26 的型態(tài)分為兩大類，一類是原核生物（Prokaryotes，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)鬆散卻亂中有序、
27 無(wú)明顯細(xì)胞核疆界）：如真細(xì)菌（Eubacteria）與古細(xì)菌（Archaebacteria）；另一
28 類則是真核生物（Eukaryotes，具有組織特化功能的隔間-胞器（organelle）、并將
29 遺傳物質(zhì)條理有序的壓縮在細(xì)胞核中）：如原生生物（Protista）、真菌（Fungi）、
30 植物（Plant）、動(dòng)物（Animal）。這些生命，有的是單一細(xì)胞個(gè)體就可以獨(dú)立生存
31 的（稱(chēng)之為單細(xì)胞生物，如酵母菌yeast）、有的是需要許許多多同類細(xì)胞（具有
32 完全一樣的遺傳物質(zhì)）的共同協(xié)力組成以維持活命狀態(tài)（稱(chēng)之為多細(xì)胞生物）。
33 因?yàn)槎嗉?xì)胞功能性的聚集形成組織系統(tǒng)、也使生命個(gè)體大小呈現(xiàn)人們視覺(jué)上可以
34 辨認(rèn)（即眼見為憑）的程度（尺度從昆蟲(chóng)的數公分到企鵝的公尺），從古代原人
35 于洞穴中的野牛壁畫(huà)可知：人類很早就有能力以觀察多細(xì)胞生物型態(tài)與行為、并
36 以歸納、定義等方式，去思考如何對(duì)同種或不同種物種加以辨認(rèn)/分類（分類學(xué)
37 之父林奈Carolus Linnaeus、臺(tái)灣在地的生命科學(xué)先驅(qū)斯文豪Robert Swinhoe），
38 進(jìn)而發(fā)展出各個(gè)重要生物學(xué)門(mén)，如動(dòng)物行為學(xué)（俄國(guó)巴夫洛夫Ivan Pavlov 的狗
39 喂食口水制約實(shí)驗(yàn)、奧地利勞倫茲Konrad Lorenz 的鵝媽媽印痕理論、以及奧地
40 利馮孚立Karl von Frisch 的蜜蜂舞蹈等等）、動(dòng)植物生態(tài)與演化學(xué)（達(dá)爾文Charles
41 Robert Darwin）等等。
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43 3. 光學(xué)領域的早期發(fā)展：影像放大的無(wú)窮價(jià)值
44 然而對(duì)于比『明察秋毫』中的秋毫還要細(xì)微的細(xì)胞而言（以真核生物細(xì)胞為
45 例，大小約在15 至20 微米范圍內(nèi)），由于尺度遠(yuǎn)小于人類本身視力能分辨的最
46 小物體大小，亦即超過(guò)所謂的裸視極限（約在0.05 公釐或說50 微米【10-6 m】，
47 約是人類頭髮的一半粗），想要進(jìn)一步去觀察、并瞭解細(xì)胞的各種特性，人類必
48 須突破這層視覺(jué)極限的障礙，才能達(dá)到『眼見為憑』的地步。以下就以人類在反
49 射（reflection）、折射（refrection），以及因折射而產(chǎn)生的影像放大（magnification）
50 的理解歷程，來敘述現(xiàn)代顯微光學(xué)的發(fā)展：約在2300 年前，希臘的歐基里得
51 （Euclid）的幾何知識，已觸及到光學(xué)的反射層面；2400 年前，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的
52 墨翟則是藉由青銅鏡瞭解光的反射（《墨經(jīng)》：臨鏡而立，景到。）；直到1000 年
53 前（11 世紀(jì)），阿拉伯人哈桑（Ibn-al-Haitham或稱(chēng)Alhazen）才有光學(xué)反射定律
54 的提出。就折射與放大，雖然墨翟描述了『針孔成像』（《墨經(jīng)》：景光之人煦若
55 射，下者之入也高，高者之入也下。）、韓非則在『豆莢映畫(huà)』（“筴＂是指豆莢
56 的內(nèi)膜，呈半透明狀�！俄n非子·外儲(chǔ)說左上》：客有為周君畫(huà)筴者，三年而成。
57 君觀之，與髹筴者同狀。周君大怒。畫(huà)筴者曰：筑十版之墻，鑿八尺之牖，而以
58 日始出時(shí)，加之其上而觀。周君為之，望見其狀，盡成龍蛇禽獸車馬，萬(wàn)物之狀
59 備具。周君大悅。）中，道出最令人驚豔的幻燈技術(shù)與中國(guó)影戲可能的最早淵源，
60 但其中蘊(yùn)含的物理意義與光學(xué)原理，卻隨著獨(dú)尊儒術(shù)而從此沈寂在中國(guó)的科學(xué)發(fā)
61 展史中，直到西方科學(xué)的解密之后！希臘數學(xué)家托勒密（Claudius Ptolemy）約
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62 在2200 年前，曾藉由棍子在水中影像的曲折描述過(guò)折射；2000 年前，羅馬賽尼
63 卡（Lucius Annaeus Seneca）進(jìn)而以裝滿水的球體描述折射放大，而1000 年前，
64 哈桑因深入知悉人眼球解剖學(xué)構(gòu)造，領悟到視覺(jué)成像的原理；1267 年，英國(guó)培
65 根（Roger Bacon）預(yù)言透鏡為視力矯正的可能。而被學(xué)者譽(yù)為21 世紀(jì)最偉大的
66 發(fā)明：眼鏡，則在其出書(shū)的20 年后，于義大利佛羅倫斯（Florence）誕生了。最
67 后1621年荷蘭斯涅爾（Willebrord Snell）確立了折射定律。透鏡放大的好處、
68 光學(xué)原理的完整被闡述、加上玻璃、透鏡製造技術(shù)的日益進(jìn)步，激勵了天文望遠(yuǎn)
69 鏡（telescope）與顯微鏡（microscope）的發(fā)明，不但造福了人類的對(duì)極限視覺(jué)
70 的需求、同時(shí)也開(kāi)啟了『天文物理學(xué)』與『細(xì)胞生物學(xué)』的蓬勃發(fā)展。
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72 4. 微觀生命的開(kāi)始：顯微鏡的開(kāi)拓應(yīng)用
73 光學(xué)顯微鏡一般認(rèn)為是在17 世紀(jì)初（1590 年），由荷蘭鏡片製造商詹森父
74 子（Zacharias Jansen與其父親）所發(fā)明，當(dāng)時(shí)他是利用兩個(gè)透鏡組成一個(gè)有9
75 倍放大功能的儀器，隨之被一位義大利科學(xué)家命名為microscope。顯微鏡至今經(jīng)
76 歷了長(zhǎng)達(dá)300 年以上的演進(jìn)，使得人們對(duì)于無(wú)論是微生物、植物、動(dòng)物細(xì)胞，或
77 者是病理組織切片、在型態(tài)學(xué)上的各類知識累積，成就或墊基了許多生物醫(yī)學(xué)相
78 關(guān)的學(xué)門(mén)，如細(xì)胞生物學(xué)、組織學(xué)、胚胎學(xué)、血液循環(huán)學(xué)等等。而在顯微鏡剛被
79 發(fā)明的起初，對(duì)于生命科學(xué)的研究應(yīng)用，有著許多著名的歷史故事，非常值得與
80 大家分享。包括命名細(xì)胞為cell 的英國(guó)虎克（Robert Hooke）與業(yè)馀科學(xué)家卻擁
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81 有專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)的傳奇荷蘭布商：雷文霍克（Antoni van Leeuwenhoek）等�；⒖丝�
82 著經(jīng)過(guò)他改良的複式顯微鏡（具有三片透鏡的光路系統(tǒng)，有別于起初發(fā)明的兩片
83 透鏡，在當(dāng)時(shí)具有極高的解析力），出版了啟發(fā)后世的巨作：Micrographia，然而
84 他選擇了軟木塞作為觀察生命的樣品之一，雖然在描述其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們瞭解其
85 實(shí)是死去的植物細(xì)胞壁殘骸，人們卻從此稱(chēng)所有生命的基本單位為cell。相對(duì)的，
86 荷蘭人雷文霍克雖然一個(gè)大學(xué)文憑也沒(méi)有，也不懂英文及會(huì)話（在攝影術(shù)尚未開(kāi)
87 發(fā)普及的當(dāng)時(shí)，科學(xué)家要將觀察到的顯微事物描述，需要精確的繪製技術(shù)），但
88 憑藉著高超的吹玻璃技巧、細(xì)心、耐心、與對(duì)生命科學(xué)求知的熱忱，他創(chuàng)造了至
89 少500 多具極簡(jiǎn)的手持式簡(jiǎn)式顯微鏡（只有鑰匙大小，就像是手持放大鏡一般），
90 自製、觀察與繪製記錄（他聘請(qǐng)畫(huà)家與翻譯家協(xié)助）了無(wú)數的生命樣本，其豐碩
91 的研究成果令后世驚歎不已。他更因?yàn)閷?duì)微小細(xì)菌的描述發(fā)現(xiàn)，而被尊稱(chēng)為細(xì)菌
92 學(xué)之父。此刻顯微鏡的解析力約在2 到5 個(gè)微米。
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94 5. 光學(xué)顯微鏡發(fā)展史：設(shè)計(jì)、製造與解析力優(yōu)化（從愛(ài)比到蔡司）
95 人們對(duì)顯微鏡的三大愿景總括是：
96 甲、看清盡量小的物體；
97 乙、無(wú)損觀察物的活性；
98 丙、清晰對(duì)比的好成像。
99 上節(jié)所提及的年代約在顯微鏡發(fā)展的初期、也是正當(dāng)其進(jìn)入生命科學(xué)領域的
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100 應(yīng)用時(shí)刻。接著，躍上顯微鏡輝煌歷史檯面的，是德國(guó)顯微鏡製造者、物理數學(xué)
101 家，以及玻璃化學(xué)家的共同合作、攜手突破當(dāng)時(shí)的極限（由2 微米進(jìn)步到0.2 微
102 米）。與雷文霍克一樣沒(méi)有上過(guò)大學(xué)的蔡司（Carl Zeiss），具有他人沒(méi)有的堅(jiān)強(qiáng)意
103 志力與耐心，在因緣際會(huì)地與愛(ài)比（Ernst Abee）、肖特（Otto Schott）等人的相
104 知相遇，共同開(kāi)始向複式顯微鏡（三片光路設(shè)計(jì)）的優(yōu)化與極限挑戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)經(jīng)過(guò)
105 愛(ài)比精確的計(jì)算推導(dǎo)，提出了新的解析力極限，即約2 微米（D=λ/n*sinθ）。蔡
106 司為製作出符合愛(ài)比訂出的理論，對(duì)于決定解析力的色差困擾找出了解決方法，
107 也使得他的顯微鏡公司異軍突起，屢創(chuàng)銷(xiāo)售佳績(jī)。至于透鏡的球面相差，則是由
108 另一位業(yè)馀的顯微鏡學(xué)家英國(guó)的李斯特（Joseph Jackson Lister）給解決了。至次，
109 現(xiàn)代顯微鏡的雛形大致底定。這個(gè)被認(rèn)為不可能突破的愛(ài)比障礙，一直到近十年
110 間，才由另一位德國(guó)物理學(xué)家霍爾（Stefan Hell）在理論與實(shí)際硬體架構(gòu)上所克
111 服（由0.2 微米更推進(jìn)到0.01 微米，即10 奈米左右，nano【10-9 m】）。于眾人一
112 片驚嘆聲中，奈米鏡（nanoscope）的名稱(chēng)被呼之欲出。儘管這種新式的架構(gòu)目
113 前尚未普及，人們對(duì)于這新穎的超高解析工具仍寄予厚望，期待藉由這強(qiáng)大的『奈
114 米平臺(tái)』為我們帶來『更細(xì)小（如分子般）』、『更清晰』、『更無(wú)損細(xì)胞活性』的
115 『奈米影像』，且讓我們拭目以待吧（細(xì)胞顯影，下期待續(xù)）！