网站网友点击量更高的文献目录排行榜： 点此链接 0 宇宙中独特的藍色星球12 这个被我们人類称为地球（Earth）的星球表面，存在着宇宙中近似独一无13 二的『生命』（Life），当地球出现生命迹象的那一刻，就已注定这个藍色星体的14 与众不同。经过數十亿年的自然气候淬煉与生态环境变化，从恐龍到人類的生物15 霸主更迭，至今已为人知的生物物种约有200 万种，加上尚未被鑑定出所有物16 种，可能至少有1000 万种以上，也就是說：未知的生命远比现在所知悉、定义17 或分類的生命多出很多（有学者指出已知的仅佔未知的约1/8），『生物多样性』18 （Biodiversity）俨然成为地球的重要生命特质及宝贵资产。即便如此，人類时至19 今日却从不放弃向地球外的宇宙各地、寻找類似地球具有生命的星体，包括離我20 们最近的火星（Mars）<如數年前的凤凰号、以及现今的克普勒计画（美国太空21 总属NASA）。到底何谓生命（生命的定义）？而地球上生命的定义与宇宙中生22 命的定义又是否相同呢？要探索这个问题，必须先从地球的生命本身开始。23224 2. 初探生命科学25 地球上所谓生命的最基本单位，现在被统一称之为细胞（cell）。细胞依基本26 的型态分为兩大類，一類是原核生物（Prokaryotes，细胞内物质鬆散却亂中有序、27 无明显细胞核疆界）：如真细菌（Eubacteria）与古细菌（Archaebacteria）；另一28 類则是真核生物（Eukaryotes，具有组织特化功能的隔间-胞器（organelle）、并将29 遗传物质条理有序的压缩在细胞核中）：如原生生物（Protista）、真菌（Fungi）、30 植物（Plant）、动物（Animal）。这些生命，有的是单一细胞个体就可以独立生存31 的（称之为单细胞生物，如酵母菌yeast）、有的是需要许许多多同類细胞（具有32 完全一样的遗传物质）的共同协力组成以维持活命狀态（称之为多细胞生物）。33 因为多细胞功能性的聚集形成组织系统、也使生命个体大小呈现人们视觉上可以34 辨认（即眼見为凭）的程度（尺度从昆虫的數公分到企鹅的公尺），从古代原人35 于洞穴中的野牛壁画可知：人類很早就有能力以观察多细胞生物型态与行为、并36 以归纳、定义等方式，去思考如何对同种或不同种物种加以辨认/分類（分類学37 之父林奈Carolus Linnaeus、台湾在地的生命科学先驱斯文豪Robert Swinhoe），38 进而发展出各个重要生物学门，如动物行为学（俄国巴夫洛夫Ivan Pavlov 的狗39 喂食口水制约实验、奥地利勞倫兹Konrad Lorenz 的鹅妈妈印痕理論、以及奥地40 利冯孚立Karl von Frisch 的蜜蜂舞蹈等等）、动植物生态与演化学（达尔文Charles41 Robert Darwin）等等。42343 3. 光学領域的早期发展：影像放大的无穷价值44 然而对于比『明察秋毫』中的秋毫还要细微的细胞而言（以真核生物细胞为45 例，大小约在15 至20 微米范围内），由于尺度远小于人類本身视力能分辨的最46 小物体大小，亦即超过所谓的裸视极限（约在0.05 公釐或說50 微米【10-6 m】，47 约是人類头髮的一半粗），想要进一步去观察、并瞭解细胞的各种特性，人類必48 须突破这层视觉极限的障碍，才能达到『眼見为凭』的地步。以下就以人類在反49 射（reflection）、折射（refrection），以及因折射而产生的影像放大（magnification）50 的理解歷程，來叙述现代显微光学的发展：约在2300 年前，希臘的欧基里得51 （Euclid）的几何知識，已触及到光学的反射层面；2400 年前，春秋战国时代的52 墨翟则是藉由青铜镜瞭解光的反射（《墨经》：臨镜而立，景到。）；直到1000 年53 前（11 世纪），阿拉伯人哈桑（Ibn-al-Haitham或称Alhazen）才有光学反射定律54 的提出。就折射与放大，虽然墨翟描述了『针孔成像』（《墨经》：景光之人煦若55 射，下者之入也高，高者之入也下。）、韩非则在『豆荚映画』（“筴＂是指豆荚56 的内膜，呈半透明狀。《韩非子·外储說左上》：客有为周君画筴者，三年而成。57 君观之，与髹筴者同狀。周君大怒。画筴者曰：筑十版之墙，凿八尺之牖，而以58 日始出时，加之其上而观。周君为之，望見其狀，尽成龍蛇禽兽車马，万物之狀59 备具。周君大悦。）中，道出最令人惊豔的幻灯技术与中国影戏可能的最早渊源，60 但其中蕴含的物理意义与光学原理，却随着独尊儒术而从此沈寂在中国的科学发61 展史中，直到西方科学的解密之后！希臘數学家托勒密（Claudius Ptolemy）约462 在2200 年前，曾藉由棍子在水中影像的曲折描述过折射；2000 年前，羅马赛尼63 卡（Lucius Annaeus Seneca）进而以装满水的球体描述折射放大，而1000 年前，64 哈桑因深入知悉人眼球解剖学构造，領悟到视觉成像的原理；1267 年，英国培65 根（Roger Bacon）预言透镜为视力矫正的可能。而被学者誉为21 世纪最伟大的66 发明：眼镜，则在其出书的20 年后，于义大利佛羅倫斯（Florence）诞生了。最67 后1621年荷蘭斯涅尔（Willebrord Snell）确立了折射定律。透镜放大的好处、68 光学原理的完整被阐述、加上玻璃、透镜製造技术的日益进步，激勵了天文望远69 镜（telescope）与显微镜（microscope）的发明，不但造福了人類的对极限视觉70 的需求、同时也开启了『天文物理学』与『细胞生物学』的蓬勃发展。7172 4. 微观生命的开始：显微镜的开拓应用73 光学显微镜一般认为是在17 世纪初（1590 年），由荷蘭镜片製造商詹森父74 子（Zacharias Jansen与其父亲）所发明，当时他是利用兩个透镜组成一个有975 倍放大功能的仪器，随之被一位义大利科学家命名为microscope。显微镜至今经76 歷了长达300 年以上的演进，使得人们对于无論是微生物、植物、动物细胞，或77 者是病理组织切片、在型态学上的各類知識累积，成就或垫基了许多生物医学相78 关的学门，如细胞生物学、组织学、胚胎学、血液循环学等等。而在显微镜刚被79 发明的起初，对于生命科学的研究应用，有着许多着名的歷史故事，非常值得与80 大家分享。包括命名细胞为cell 的英国虎克（Robert Hooke）与业馀科学家却拥581 有专业水准的传奇荷蘭布商：雷文霍克（Antoni van Leeuwenhoek）等。虎克靠82 着经过他改良的複式显微镜（具有三片透镜的光路系统，有别于起初发明的兩片83 透镜，在当时具有极高的解析力），出版了启发后世的巨作：Micrographia，然而84 他选择了软木塞作为观察生命的样品之一，虽然在描述其内部结构，我们瞭解其85 实是死去的植物细胞壁残骸，人们却从此称所有生命的基本单位为cell。相对的，86 荷蘭人雷文霍克虽然一个大学文凭也没有，也不懂英文及会话（在摄影术尚未开87 发普及的当时，科学家要将观察到的显微事物描述，需要精确的绘製技术），但88 凭藉着高超的吹玻璃技巧、细心、耐心、与对生命科学求知的热忱，他创造了至89 少500 多具极简的手持式简式显微镜（只有钥匙大小，就像是手持放大镜一般），90 自製、观察与绘製记錄（他聘请画家与翻译家协助）了无數的生命样本，其丰硕91 的研究成果令后世惊歎不已。他更因为对微小细菌的描述发现，而被尊称为细菌92 学之父。此刻显微镜的解析力约在2 到5 个微米。9394 5. 光学显微镜发展史：设计、製造与解析力优化（从爱比到蔡司）95 人们对显微镜的三大愿景总括是：96 甲、看清尽量小的物体；97 乙、无损观察物的活性；98 丙、清晰对比的好成像。99 上节所提及的年代约在显微镜发展的初期、也是正当其进入生命科学領域的6100 应用时刻。接着，跃上显微镜辉煌歷史檯面的，是德国显微镜製造者、物理數学101 家，以及玻璃化学家的共同合作、携手突破当时的极限（由2 微米进步到0.2 微102 米）。与雷文霍克一样没有上过大学的蔡司（Carl Zeiss），具有他人没有的坚强意103 志力与耐心，在因缘际会地与爱比（Ernst Abee）、肖特（Otto Schott）等人的相104 知相遇，共同开始向複式显微镜（三片光路设计）的优化与极限挑战。当时经过105 爱比精确的计算推导，提出了新的解析力极限，即约2 微米（D=λ/n*sinθ）。蔡106 司为製作出符合爱比订出的理論，对于决定解析力的色差困扰找出了解决方法，107 也使得他的显微镜公司異军突起，屢创销售佳绩。至于透镜的球面相差，则是由108 另一位业馀的显微镜学家英国的李斯特（Joseph Jackson Lister）给解决了。至次，109 现代显微镜的雏形大致底定。这个被认为不可能突破的爱比障碍，一直到近十年110 间，才由另一位德国物理学家霍尔（Stefan Hell）在理論与实际硬体架构上所克111 服（由0.2 微米更推进到0.01 微米，即10 奈米左右，nano【10-9 m】）。于众人一112 片惊叹声中，奈米镜（nanoscope）的名称被呼之欲出。儘管这种新式的架构目113 前尚未普及，人们对于这新颖的超高解析工具仍寄予厚望，期待藉由这强大的『奈114 米平台』为我们带來『更细小（如分子般）』、『更清晰』、『更无损细胞活性』的115 『奈米影像』，且让我们拭目以待吧（细胞显影，下期待续）！ 关注页面底部公众号，开通以下权限： 一、获得问题咨询权限。 二、获得工程师维修技术指导。 三、获得软件工程师在线指导 toupview,imageview,OLD-SG等软件技术支持。 四、请使用微信扫描首页底部官方账号！