XVII столетие — это век рождения микроскопа, век выдающихся открытий, сделанных при помощи этого нового инструмента.
Открытие мира микроскопических организмов, первые наблюдения «клеток», открытие сперматозоидов, первые наблюдения деталей тонкого строения органов животных и растений — все эти фундаментальные факты были наградой за усилия, потраченные пионерами микроскопии в XVII столетии — Гуком, Мальпиги, Грю, Сваммердамом и Лёвенгуком.
Однако возможности микроскопа — того примитивного инструмента, каким пользовались в XVII столетии — были названными открытиями почти исчерпаны. Требовались улучшения в конструкции механических частей, а главное — было необходимо значительное улучшение оптических линз, чтобы микроскоп дал возможность новых открытий и наблюдений.
Усовершенствование микроскопа в XVIII столетии идет главным образом по пути изменения и улучшения конструкции механических частей микроскопа. Тубус, несущий оптические линзы, укрепляется на особой колонке, его передвижение обеспечивается специальным винтом с нарезкой. Подвижность тубуса достигнута уже в микроскопе Бонануса, но там тубус был расположен горизонтально; теперь подвижной тубус располагается вертикально, что дает возможность исследования объектов в жидкой среде. В микроскопе Маршалла тубус расположен вертикально, причем с помощью особого шарнира он мог наклоняться и вращаться вокруг колонки, так что при необходимости мог выводиться за пределы подставки. Это давало возможность использовать микроскоп Маршалла как для падающего, так и для проходящего света. В последнем случае источник света помещался под тубусом. Источником света служило обычно пламя свечи, дневной свет при этой конструкции микроскопа использовать было нельзя, что делало микроскоп типа Маршалла малопригодным для исследований.
Немецкий оптик Гертель (Hertel) в Галле в 1716 г. впервые употребил плоское зеркало для направления световых лучей в тубус микроскопа, поместив это осветительное зеркало под предметным столиком на подвижном шарнире. Таким образом сделалось возможным применение дневного света при вертикальном положении тубуса. В микроскопе Гертеля тубус имел шарнир для наклона. Особыми винтами предметный столик передвигался в трех плоскостях (механизм этого устройства заключен в ящике, составляющем основание микроскопа). На предметном столике имелось три поля для исследования объекта. Два из них служили для исследования в падающем свете и одно (отверстие) — для исследования в проходящем свете.
Зеркало, направляющее свет, становится отныне обязательной принадлежностью микроскопов последующих конструкций. Оно есть и в более поздних микроскопах Маршалла.
Микроскоп Гертеля представлял собою сложный прибор. Более простыми являлись инструменты английского конструктора Кёльпепера (Culpepper). На треножнике, помещенном на деревянной подставке, укреплены тубус и предметный столик, под которым расположено зеркало. Сначала Кёльпепер применял плоское зеркало, позже он заменил его вогнутым. Микроскопы Кёльпепера начали появляться в тридцатых годах XVIII в. Вначале в этих микроскопах металлическими были только ножки и дужка зеркала, затем из металла стали изготовлять и столик. Тубус из латуни появился лишь в микроскопах сороковых годов рассматриваемого столетия.
Значительно большими удобствами отличался микроскоп, сконструированный по предложению Бэйкера лондонским оптиком Кёффом (John Cuff) и выпущенный им в продажу с 1744 г.
Бэйкер (Henry Baker, 1700—1774) — английский натуралист и физик, автор сочинения о микроскопии (1742), где описывалась микроскопическая техника того времени и излюбленные объекты микроскопистов.
Штатив микроскопа Кёффа в какой-то мере может рассматриваться как прототип штатива современного микроскопа. Тубус его укреплялся на колонке и передвигался с помощью тонкого винта. Осветительное зеркало помещалось под предметным столиком. Как и в большинстве микроскопов того времени имелось дополнительное зеркало для освещения сверху непрозрачных объектов. Микроскоп Кёффа имел и некоторое усовершенствование в оптической части. Его плоско-выпуклый объектив был обращен плоской стороной к объекту. В середине XVIII в. микроскопы Кёффа были лучшими по конструкции инструментами. С 4750 г. микроскопы подобной конструкции начинают изготовляться и на континенте.
Дальнейшие усовершенствования штатива идут по линии придания ему большей устойчивости и снабжения его более тонкими винтами. В первой половине XVIII в. колонка микроскопа, как правило, укреплялась на деревянной подставке. Она имела обычно вид шкатулки, куда складывались многочисленные дополнительные принадлежности, которыми снабжались микроскопы того времени. Во второй половине столетия микроскопы изготовляются уже на металлической подставке. Это большой «универсальный микроскоп» английского конструктора Мартина (Martin, 1776). Колонка этого микроскопа укреплена на металлическом треножнике. Зеркало, предметный столик и тубус передвигаются по колонке; тубус раздвижной.
Характерной чертой микроскопов XVIII столетия является обилие украшений, которыми мастера снабжают свои микроскопы. В XVIII в. микроскопы становятся обычным украшением салонов и приобретаются часто вовсе не для исследований, а лишь для развлечения и забавы. Возникает своеобразный тип «салонных микроскопов», где количество украшений явно идет в ущерб удобству пользования прибором. Представлен микроскоп, поднесенный в 1761 г. английским мастером Адамсом (Adams) королю Георгу III. Микроскоп этот сделан из серебра и являлся, конечно, не научным инструментом, а каминным украшением в форме микроскопа.
Наряду с подобными дорогими разукрашенными микроскопами изготовлялись и дешевые, «демократические» микроскопы. Они делались из дерева или даже из картона. Изготовлением таких микроскопов занимались нюрнбергские мастера.
Микроскопы Кёффа, Мартина и др. представляют собою основную линию конструкции штатива, ведущую к современному типу микроскопов. Наряду с этим конструировались и своеобразные модели микроскопов, непрактичность которых скоро была доказана практикой. Так, для сближения объекта с объективом в XVIII в. пытались использовать принцип циркуля.
Наряду с существенными успехами в конструкции штатива микроскопа, техника изготовления оптических линз не сделала за этот период больших успехов. Сферическая и, особенно, хроматическая аберрации затрудняли наблюдения при помощи сильных систем; контуры изображения при неахроматических линзах того времени были обведены цветной каемкой, мешавшей точному наблюдению.
Недостатки оптики, очевидно, являлись причиной того, что многие выдающиеся исследователи XVIII в. отдавали преимущество «простому микроскопу» (лупе), предпочитая его более ясные изображения. Так, например, Либеркюн (Johann Nathanael Lieberkuhn, 1711 —1756), один из выдающихся анатомов и микроскопистов XVII в., пользовался сконструированным им простым микроскопом, изготовленным по принципу «микроскопов» Лёвенгука. Это вертикально поставленная пластинка с отверстием; на передней стороне этой пластинки расположен передвигающийся держатель с несколькими лупами различной увеличивающей силы; на задней стороне пластинки имеются крючки для укрепления объекта. Сравнивая эти микроскопы с инструментами XVII в., нужно отметить, что, несмотря на внешнее, конструктивное разнообразие, их оптические свойства не представляли значительного прогресса. Неудивительно поэтому, что успехи биологии XVIII в. достигнуты без применения микроскопа.
Однако С. Л. Соболь (1945) справедливо отмечает, что задержка в развитии микроскопии, которой характеризуется XVIII век, по сравнению с открытиями, сделанными с помощью микроскопа в XVII столетии, объясняется не дефектами микроскопа того времени; наоборот, медленное усовершенствование оптических качеств микроскопа XVIII в. объясняется общим ходом развития науки, тем, что исследователи того времени не нуждались в более совершенных инструментах.
Биология переживает период увлечения систематикой, микроскоп перестает быть инструментом научного исследования, становится скорее развлечением, к которому серьезные люди относятся порой с предубеждением. Так, Линней отрицал значение микроскопа как инструмента, необходимого ученому-биологу.
Шлейден (1861) говорит прямо об «отвращении Линнея от микроскопа и его презрении ко всем знаниям, которые могут быть добыты лишь с его помощью. Влияние линнеевской школы,— пишет Шлейден, — было в этом отношении так вредно, что почти все, что было сделано еще в конце XVII столетия некоторыми превосходными исследователями, в особенности Мальпиги, было потеряно для науки в конце XVIII-го».
Вольтер (Voltaire, 1694—1778) высмеивал микроскопистов, наблюдения которых он называл рассматриванием фантастических пятен в собственном глазу, а Жан Жак Руссо (Rousseau, 1712—1778) жаловался, что для того, чтобы держать микроскоп и переставлять препарат, нужно иметь больше чем две руки.
Нужно было значительное мужество, чтобы при таком отношении к микроскопу и микроскопическим исследованиям остаться верным традициям Лёвенгука. Однако в XVIII в. нашлись поклонники этого замечательного микроскописта. Так, нюрнбергцы Рёзель фон Розенгоф (Roesel von Rosenhof, 1707— 1759) и Ледермюллер (Martin Frobenius Ledermuller, 1719— 1769) проявили достаточную настойчивость, пытаясь привлечь внимание к своим микроскопическим наблюдениям, которые, согласно духу времени, они сами называли «микроскопическими развлечениями» (Рёзель фон Розенгоф, «Ежемесячные инсектологические развлечения», 1746—1761; Ледермюллер, «Микроскопические утехи для души и для глаз», 1762—1763).
Тем не менее и в XVIII в. мы находим серьезных микроскопистов, понимающих значение микроскопа для исследования строения животных и растительных организмов. Однако не только несовершенство микроскопа, но и применявшаяся тогда примитивная методика обследования объекта препятствовали изучению тонкой структуры тканей организмов. Как и в предыдущем столетии, исследуют высушенные объекты без применения каких-либо промежуточных сред. Единственные манипуляции, которые применялись для подготовки объекта,— это вырезывание пластинок, расщипывание иглами и раздавливание.
Особняком стоят превосходные анатомические препараты Либеркюна, выполненные с применением инъекционной техники; однако они лишь частично предназначались для микроскопического изучения. «Анатомический кабинет» Либеркюна был приобретен по распоряжению Екатерины II, и его микроскопы и препараты хранятся в кабинете истории микроскопа Академии наук СССР.
В соединении с примитивными микроскопами такая техника не могла дать положительных результатов; если кое-что при такой методике удавалось видеть у растений, то для мягких тканей животных она была полностью неприменима, что и объясняет отставание микроскопической анатомии животных от анатомии растений.
В XVIII столетии микроскопы впервые появляются в России.
С. Л. Соболю (1949) мы обязаны превосходной монографией, с предельной полнотой вскрывающей историю микроскопа и микроскопических исследований в России в XVIII в.
Петр I, познакомившийся с микроскопами и открытиями Лёвенгука, понял перспективы, которые открывал новый инструмент; он дает распоряжение о закупке микроскопов за границей для организуемой кунсткамеры. В распространении микроскопа в России огромную роль сыграл М. В. Ломоносов (1711—1765). Гениальный русский ученый, сумевший охватить в своем творчестве столь различные области знания и искусства, прекрасно понял, в отличие от Линнея и ряда других современников, что может дать микроскоп для многих областей науки. В поэтическом «Письме о пользе стекла» (1752) М. В. Ломоносов с удивительной прозорливостью говорит о значении микроскопа. Вот это место:
«Хоть острым взором нас природа одарила,
Но близок оного конец имеет сила.
Кроме, что вдалеке не кажет нам вещей
И собранных трубой он требует лучей,
Коль многих тварей он еще не достигает,
Которых малый рост пред нами сокрывает!
Но в нынешних веках нам микроскоп открыл,
Что бог в невидимых животных сотворил!
Коль тонки члены их, суставы, сердце, жилы
И нервы, что хранят в себе животны силы!
Не меньше, нежели в пучине тяжкий кит,
Нас малый червь частей сложением дивит.
Велик создатель наш в огромности небесной!
Велик в строении червей, скудели тесной!
Стеклом познали мы толики чудеса,
Чем он наполнил Понт, и воздух и леса,
Прибавив рост вещей, оно коль нам потребно,
Являет трав разбор и знание врачебно.
Коль много микроскоп нам тайностей открыл,
Невидимых частиц и тонких в теле жил».
Ломоносов впервые применяет микроскоп для химических исследований. Ему принадлежит идея механизма для смены объективов микроскопа (прототип современного револьвера). По его инициативе при Академии наук в Петербурге создаются мастерские, где русские мастера самостоятельно изготовляют микроскопы, не уступающие по качеству тогдашним лучшим заграничным образцам. Это прежде всего три поколения Беляевых: дед — Иван Елисеевич, отец — Иван Иванович, сын — Андрей Иванович. Документальные данные позволяют заключить, что в XVIII столетии русские мастера Академии наук, и в первую очередь И. И. Беляев, изготовили значительное число разнообразных типов микроскопов. С 1769 г. во главе мастерских Академии наук становится замечательный механик-изобретатель Иван Петрович Кулибин (1735—1818). Кулибин изготовил пятилинзовый микроскоп еще будучи в Нижнем Новгороде до поступления в академические мастерские. Микроскоп этот не сохранился. По мнению С. Л. Соболя, его тубус, вероятно, напоминал тубус сложного микроскопа неизвестного русского мастера. Позже Кулибин принимает непосредственное участие в изготовлении первого ахроматического микроскопа, осуществленного в России.
К XVIII столетию относится и первое сочинение по микроскопической анатомии, выполненное русским исследователем с применением микроскопа. Это опубликованное на латинском языке и изданное в Страсбурге в 1782 г. сочинение доктора Александра Шумлянского (1748—1795), как обозначено на его диссертации «русского из Полтавы, профессора патологии и медицинской практики в Московском военном госпитале». Это сочинение под названием «О строении почек. Физиолого-анатомический трактат» представляло собою серьезный вклад в науку, о чем свидетельствует факт второго издания диссертации А. И. Шумлянского, переизданной в 1788 г. Другим отечественным исследователем XVIII в., применявшим микроскоп, был первый русский биолог-экспериментатор Мартын Матвеевич Тереховский (1740—4796), автор диссертации «О наливочном хаосе Линнея» (1775), где рассматривалась проблема произвольного самозарождения. М. М. Тереховский хорошо понимал значение микроскопа как научного инструмента и писал, что лишь чуждые науке люди могут расценивать микроскопические наблюдения только как «удовольствие для глаз» (см. С. Л. Соболь, 1949, стр. 280).
Можно назвать еще несколько имен русских любителей-микроскопистов ледермюллеровского типа. К ним принадлежал, например, А. Т. Болотов (1738—1833), который в журнале «Экономический магазин» за 1787 г. напечатал четыре статьи, одна из которых называлась «Нечто в пользу любопытных и имеющих микроскопы».