Факультет

Студентам

Посетителям

Ахроматизация микроскопа и микроскопия начала XIX века

Интерес к систематике в начале XIX в. уступает место интересу к жизнедеятельности организмов. Микроскоп снова начинает привлекать внимание исследователей.

Успехи физики дают научную базу для улучшения оптических линз микроскопа, а рост техники открывает возможности для практической реализации результатов теоретических изысканий. Работы Френеля (Fresnel, 1788—1827) утверждают волновую теорию света, выдвинутую еще в XVII в. Гюйгенсом (Huygens, 1629—1695), но оспаривавшуюся Ньютоном. Успехи физики создают предпосылки для улучшения оптических частей микроскопа, которые за весь XVIII в. совершенствовались мало и отстали от конструкции штатива.

Одним из важнейших моментов в истории микроскопа явилось введение ахроматических линз. Основным недостатком микроскопов XVIII и начала XIX вв. являлась хроматическая аберрация, мешавшая отчетливому распознаванию контуров и искажавшая изображение. Петербургский академик Николай Иванович Фусс (1755—1825) в сочинении, изданном в Петербурге в 1774 г., писал: «Лучшие микроскопы, сконструированные до сего времени, все еще подвержены столь большим недостаткам, что вызывает изумление, почему самые искусные мастера никак не преуспели в освобождении их от этих недостатков, между тем как они с столь большим успехом работают над усовершенствованием телескопов» (стр. 75). Эти недостатки были причиной отрицательного отношения некоторых ученых к сложному микроскопу. Так, например, К. М. Бэр (1792—1876) пишет о своих, составивших эпоху эмбриологических исследованиях: «Я пользовался карманным микроскопом, изготовленным Адамсом в Лондоне, причем этот прибор можно было применять и как простой микроскоп с 1—3 линзами, по желанию, и как сложный микроскоп. Иногда я присоединял к нему одну или две линзы, изредка применял тубус сложного микроскопа и лишь очень редко прибегал к более сильному микроскопу и то в большинстве случаев без желаемых результатов».

Попытки уничтожить хроматическую аберрацию делались давно, но успеха не имели. Ньютон после ряда неудачных опытов пришел к ошибочному выводу о невозможности практически устранить хроматическую аберрацию путем комбинации различных преломляющих сред. Однако уже в 1733 г. англичанин Честер Мур Холл (Moore Hall) приготовил из кронгласа и флинтгласа ахроматическую линзу для телескопа, опровергнув на практике пессимистический прогноз Ньютона. Работы Мур Холла были забыты, и лишь в 1757 г. английский оптик Доллонд (John Dollond, 1706—1761), возможно знавший о работе Мур Холла, вновь сконструировал ахроматическую линзу для телескопа.

Создание ахроматического микроскопа, осуществленное в первой половине прошлого столетия, является достижением ученых Петербургской академии наук и было осуществлено мастерами академических мастерских. Теоретическая разработка вопроса является заслугой знаменитого математика и физика XVIII в., петербургского академика Леонарда Эйлера (1707—1783). Вначале Эйлер соглашался с Ньютоном и полагал невозможным достигнуть ахроматизации линз. Позже, узнав об опытах Доллонда, Эйлер возвратился к этому вопросу и пересмотрел свои взгляды, оказавшие в дальнейшем влияние и на продолжение исследований Доллонда.

Еще в 1762 г. Петербургская академия наук объявила конкурс на задачу «Исследовать, сколько несовершенства зрительных труб и микроскопов, или мелкозоров (происходящие от различного преломления лучей и от круглого стекол вида), соединением многих стекол исправить или уменьшить можно, потом теорию совокупить с практикой и опытами утвердить». Представленные на конкурс работы, в том числе Эйлера, касались, однако, ахроматизации телескопов. Позже, в третьем томе своей «Диоптрики» (полное название: «Диоптрика часть третья, содержащая книгу третью о конструкции микроскопов как простых, так и сложных», Петербург, 1771) Эйлер рассматривает несколько типов ахроматических объективов для «микроскопов наиболее совершенных, свободных от каких-либо недостатков». С. Л. Соболь отмечает, что построения Эйлера имели огромный теоретический интерес, но ставили исключительные трудности перед конструкторами, как в смысле сложной и отвлеченной формы, так и в техническом отношении.

Ученик Эйлера, академик Николай Фусс, в 1774 г. опубликовал обширное сочинение под названием: «Подробное наставление по проведению телескопов самых разнообразных видов к наивысшей возможной степени совершенства, извлеченное из диоптрической теории г. Эйлера старшего и доступно изложенное для всех мастеров этого дела. С описанием микроскопа, который можно считать наиболее совершенным в своем роде и который может давать любые желательные увеличения». В этой работе Фусс дал вычисления для конструирования оптических частей ахроматического микроскопа; по этим расчетам академическая мастерская под руководством Кулибина и Беляева в 1773—1775 гг. занималась конструкцией ахроматического микроскопа. С. Л. Соболь считает, что микроскоп Эйлера — Фусса был осуществлен, но «тот факт, что после завершения работы над ним о нем не появилось ни одного сообщения в печати, наводит на мысль, что он был признан самими конструкторами неудачным» (стр. 330).

Осуществление первых моделей ахроматического микроскопа связано с именем третьего петербургского академика Ф. У Т. Эпинуса (1724—1802) сконструировавшего первую модель ахроматического микроскопа в 1784 г. Эпинус прекрасно понимал значение осуществления на практике ахроматического микроскопа. «Мой новый микроскоп, писал он, если и не заставит немедленно отказаться и забыть все те, которые существуют в настоящее время, то спустя немного лет нельзя будет найти никого, кто бы пользовался иными микроскопами, чем изобретенный мною». Однако сам Эпинус не удовлетворился своей первой конструкцией и в 1780—1790 гг. дал расчет нового, значительно усовершенствованного ахроматического микроскопа. Эта модель не была осуществлена при жизни Эпинуса, по-видимому, из-за отрицательного отзыва, который был дан лондонским оптиком Адамсом о первой конструкции Эпинуса. Адамс увидел в микроскопе Эпинуса конкуренцию своей продукции. После смерти Эпинуса (умершего в Дерпте, ныне Тарту, Эст. ССР) ректор Дерптского университета академик Е. И. Паррот (1767—1852) предпринял осуществление конструкции второго микроскопа Эпинуса, выполненной под руководством Паррота механиком Тидеманом. Эта вторая модель Эпинуса была сделана в 1805—1808 гг. в двух экземплярах, один из которых сохранился в коллекциях Академии наук СССР.

Второй экземпляр микроскопа Эпинуса, находившийся на кафедре физики Тартуского университета, уничтожен фашистскими захватчиками, от него сохранились только деревянные части.

Микроскоп этот имел необычные размеры, его тубус был длиною около 1 м. По свидетельству С. Л. Соболя, изучившего этот микроскоп и давшего его описание, «если бы Адамс не наложил из соображений конкуренции своего вето на изобретение Эпинуса, своевременное появление ахроматического микроскопа, сконструированного русским академиком, на несколько десятилетий ускорило бы развитие и внедрение в практику этого замечательного инструмента» (стр. 354). К сожалению, оптическая мастерская Петербургской академии наук, в которой работали искусные конструкторы и которая сделала существенный вклад в развитии микроскопии XVIII столетия, в 1801 г. почему-то была закрыта и вплоть до советского времени в России не было серьезных попыток создания микроскопов собственного производства.

Успехов в изготовлении ахроматических объективов для микроскопов добились голландские мастера Ян и Герман Дейл (Jan u. Hermann van Deyl) в 1807 г. В их микроскопах имелись две ахроматических линзы, которые можно было применять либо порознь, либо вместе; увеличение при этом получалось до 229 раз. После смерти отца, Герман Дейл изготовил микроскоп, превосходящий по качеству предыдущие; линзы его давали светлое и четкое изображение. Но микроскоп Дейла был мало известен и не встретил подражания. Его механические части были устроены примитивно, тубус был укреплен неподвижно, а предметный столик двигался посредством грубой нарезки.

Достижения в изготовлении ахроматических линз и пропаганда усовершенствованного ахроматизацией микроскопа явились результатом работ Фраунгофера в Германии, Амичи в Италии и Шевалье во Франции. То обстоятельство, что в разных странах исследователи пытались независимо друг от друга добиться ахроматизации линз, доказывает, насколько назрела потребность в улучшении микроскопа в XVIII столетии.

Фраунгофер (Joseph Fraunhofer, немецкий физик, вначале работал 1787—1826), знаменитый в оптической мастерской в Баварии, совладельцем которой он впоследствии сделался. В прейскуранте этой фирмы уже в 1811 г. отмечается сложный микроскоп с набором из двух окуляров и четырех ахроматических линз для объектива.

В 1824 г. в Парижскую академию наук был представлен микроскоп известных парижских оптиков Шевалье (Vincent et Charles Chevalier), изготовленный под руководством Селлига (Selligue). Увеличение в микроскопе Шевалье можно было достигнуть до 1200 раз, но затруднение возникало с недостатком света для столь сильных систем. По-видимому, Шевалье впервые ввели в практику изготовления объективов склеивание кронглассовой и флинтглассовой линз канадским бальзамом, уничтожив этим преломление световых лучей на границе обеих линз.

Наконец, в 1827 г. Амичи (Giovanni Battista Amici, 1786—1863), физик и ботаник, привез в Париж свой микроскоп с ахроматическими линзами. В его объективах достигалось еще одно улучшение: фронтальная линза была сделана плоской, что давало практические удобства при наблюдении и позволяло лучше устранить сферическую аберрацию.

По принципу Амичи начал строить свои «универсальные микроскопы» Шевалье. В этих микроскопах объект помещался на горизонтальном столике, а тубус был изогнут под прямым углом. Перед объективом находилась призма, отбрасывающая лучи в горизонтальную часть тубуса. Универсальный микроскоп Шевалье снабжен для удлинения тубуса особым винтом, а также кремальерой и примитивным микрометрическим винтом для опускания и поднимания предметного столика. Этот микроскоп пользовался значительным распространением и фигурировал в каталогах фирмы Шевалье даже во второй половине прошлого столетия.

Микроскопы Шевалье в первую четверть прошлого века считались лучшими инструментами; в тридцатых годах с ними начинают конкурировать микроскопы парижской фирмы Оберхейсер (G. Oberhausser), взявшей за основу «барабанную модель» Фраунгофера с подставкой в форме барабана. Тридцатые годы ознаменовались появлением ряда новых оптических предприятий, создавших фабричное производство микроскопов. С 1830 г. начинает выпускать ахроматические микроскопы Плёсль (Plossl) в Вене. Эта фирма стала изготовлять микроскопы на круглой или треугольной ножке, которая с этого времени получает все большее распространение. Большие микроскопы Плёсля были снабжены кремальерой и микрометрическим винтом. С 1831 г. начинают выпускать микроскопы фирмы Пистор (Pistor) и Шик (Schieck) в Берлине. Первая из них просуществовала недолго, микроскопы же Шика пользовались большой известностью. Более дешевые, чем микроскопы других фирм, инструменты Шика были в первую половину XIX в. широко распространены на континенте; в частности, с микроскопом этой фирмы работал Шванн.

Вспоминая это время, Генле писал в некрологе, посвященном Шванну: «Это были счастливые дни, которым могло бы позавидовать теперешнее поколение, когда из мастерских Плёсля в Вене и Пистора и Шика в Берлине вышли первые хорошие, удобные микроскопы, которые можно было приобрести из сбережений студенческой семестровой получки; счастливые дни, когда еще было возможно посредством соскоба лезвием скальпеля или посредством препаровальной иглы делать фундаментальные открытия о животных оболочках» (Henle, 1882, стр. II).

В большинстве перечисленных микроскопов сильное увеличение достигалось навинчиванием дополнительных объективов к слабым линзам. Впервые Оберхейсер, а затем и другие фирмы, стали изготовлять смонтированные сильные объективы, чем достигалась лучшая центрировка оптики, страдавшая при свинчивании и развинчивании линз.

Создание фабричного производства микроскопов, соревнование между конкурирующими фабрикантами, стремившимися к распространению своих изделий, привело к удешевлению инструментов; в сороковых годах прошлого столетия микроскоп перестает быть прибором, доступным только немногим ученым, и становится повседневным лабораторным инструментом, который могли иметь даже отдельные врачи и студенты.

Микроскопическая техника в начале XIX в. мало отличается от тех приемов, которые применяли исследователи в прежнее время. Апати (S. Apathy, 1896) принимает разделение микротехники на три периода. К первому периоду он относит время с начала микроскопических исследований до конца 30-х годов XIX в. Этот период характеризуется преимущественно рассматриванием высушенных препаратов. Апати считает, что он завершается работами Шванна. Второй период — 40— 70-е годы — Апати характеризует как господство компрессориума и ручной бритвы, причем препараты рассматриваются уже в жидкой среде. Последний — третий — период начинается с 80-х годов и характеризуется господством микротома. Эта характеристика дает в общем правильную ориентацию о состоянии микроскопической техники в различные эпохи, но отличается чрезмерной схематизацией. В частности, компрессориум и бритва довольно широко применялись уже в начале второй четверти XIX в., и едва ли правильно время Шванна безоговорочно относить к первому периоду развития микротехники.

Для уровня микроскопической техники в начале XIX в. характерно исследование свежих препаратов, не подвергнутых какой-либо обработке. Методов изготовления «постоянных препаратов» в первой половине прошлого столетия не существовало. Это лишало возможности производить длительное изучение препарата и сравнивать новые препараты со старыми. Объектами исследования у животных были пленки, отделяемые посредством скальпеля, или маленькие кусочки ткани, подвергнутые расщипыванию иголками или раздавливанию. Пуркине принадлежит идея прибора для раздавливания тканей — компрессориума. Объект клался между двумя пластинками, и особым винтом его сдавливали. Этот прибор фигурировал в руководствах по микроскопической технике даже во второй половине прошлого столетия; в первой же половине он имел широкое распространение. Ботаники для получения тонких пластинок, которые можно было бы изучать в проходящем свете, пользовались ручной бритвой. Благодаря сравнительной плотности растительных объектов способ этот давал неплохие результаты. Применение бритвы к животным тканям встречало затруднение в мягкости большинства тканей животных, но по отношению к более плотным тканям (сухожилия, хрящи) уже в начале XIX века начинает применяться бритва.

Методов фиксации еще не существовало, и самая мысль о необходимости фиксации чужда исследователям рассматриваемого периода. Равным образом чуждо этому времени понимание вредного действия высушивания на строение тканей. Артефакты, которые, таким образом, возникали, описывались как истинные структуры, без тени сомнения в их прижизненном состоянии.

К началу второй четверти XIX в. исследователи начинают применять для изучения тканей некоторые реактивы. К ним относятся кислоты, особенно уксусная кислота, прибавление которой давало возможность выявления ядер. Применяются серная кислота, едкие щелочи, поваренная соль, йодная настойка, редко спирт. Реактивы применялись прямо на предметном столике микроскопа, их действие изучалось путем прямого наблюдения за изменениями, наступающими в тканях. Красок не применяли, хотя Пуркине делал в этом отношении первые попытки. Исследователи стремились получить различные показатели преломления отдельных структурных частей, чтобы их можно было различить под микроскопом по различным оттенкам. Чаще всего это достигалось вследствие отмирания клеток во время наблюдения, иногда же после прибавления упомянутых реактивов.

При этих условиях нужно удивляться не тому, как мало видели микроскописты двадцатых-тридцатых годов прошлого столетия, а тому, как много они наблюдали и подчас правильно описали.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: