С. Д. Клементьев
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП
САМОЕ БОЛЬШОЕ И САМОЕ МАЛЕНЬКОЕ
В прекрасный летний день вы идете на прогулку: купаетесь в речке, бродите по лесу, отдыхаете на лесной полянке.
Тихо шелестят деревья, щебечут птицы, журчат ручьи.
Мир, окружающий вас, полон различных красок и звуков.
С жужжанием от цветка к цветку перелетают пчелы, бесшумно порхают в воздухе мотыльки, ползают по земле муравьи, прыгают с ветки на ветку белки. Изредка промелькнет перед вашими глазами чем-то испуганная серо-зеленая ящерица, где-то вдали промычат коровы, загоняемые с поля на колхозную ферму, а вы все лежите и лежите на земле, устремив глаза в безоблачное голубое небо, наслаждаясь покоем и отдыхом.
Видимый простым глазом мир, окружающий вас, чудесен.
Начинает вечереть. Смеркается. Пора возвращаться домой.
В небе бесчисленными огоньками вспыхивают яркие звезды. Вот Большая Медведица, вот Млечный путь, а вот и планеты нашей солнечной системы. Красноватым цветом светит Марс, ярко сияет голубой Юпитер, мерцает в небе Полярная звезда.
Бесконечность — вот первое, что приходит вам в голову при виде этого величественного зрелища.
Огромные расстояния отделяют небесные тела друг от друга.
Велика скорость световых лучей, но и им нужны многие миллионы лет, чтобы дойти до нашей Земли.
Расстояния между небесными телами настолько велики, что их трудно измерять километрами. Эти огромные расстояния измеряют в других единицах — в световых годах.
Известно, что свет в межпланетном пространстве проходит со скоростью около трехсот тысяч километров в одну секунду. Расстояние, которое проходит свет в течение года, и условились называть световым годом.
Трудно представить себе, насколько велико расстояние между какой-нибудь звездой и Землей, если свет от иных звезд идет до нас миллионы световых лет.
Невооруженным глазом невозможно рассмотреть такие далекие миры.
На помощь людям приходят телескопы — гигантские зрительные трубы. С их помощью открыты многие невидимые простым глазом звезды, горы на Луне, солнечные пятна, спутники планет.
Это мир больших величин, мир гигантов, мир, который мы, несмотря на огромные расстояния, можем рассмотреть в зрительные трубы и телескопы.
Но кроме того мира, который мы видим простым глазом и в телескопы, существует еще и другой мир. Это мир ничтожно малых величин, невидимых ни простым глазом, ни в самые мощные телескопы. Ничтожные по своим размерам бактерии, молекулы различных химических веществ, очень тонкие, нежные клетки нервной системы, микроскопические кристаллы металлов и сплавов не различимы простым глазом.
Их можно увидеть только в особые приборы — микроскопы.
Но человечество узнало о мире ничтожно малых величин — микромире — сравнительно недавно.
ВОЛШЕБНЫЕ СТЕКЛА
В семнадцатом веке в Голландии жил человек по фамилии Левенгук. Он работал привратником городской ратуши, то-есть был кем-то вроде сторожа в учреждении, управлявшем городом Дельфтом, и одновременно торговал мануфактурой.
В свободное время Левенгук занимался тем, что шлифовал увеличительные стекла (линзы). В этом искусстве он достиг высокого совершенства. Он шлифовал свои стекла очень тщательно. Ему хотелось добиться все большего и большего увеличения предметов, которые можно было бы разглядывать через линзы.
В конце концов Левенгук отшлифовал линзы настолько точные и симметричные, что смог увидеть с их помощью мельчайшие предметы в сказочно ясном и увеличенном виде.
Это были поистине волшебные стекла. Через них Левенгук заглянул в новый мир, куда до него не мог проникнуть взором ни один человек.
Он увидел мельчайшие живые существа, названные нм «зверюшками». «Зверюшки» были очень забавны, чрезвычайно подвижны и разнообразны. Были и круглые, как шарики, и вытянутые в длинные нити, и спиралеобразные. Некоторые из них беспрестанно и быстро двигались в различных направлениях, другие же были неподвижны.
Этих «зверюшек» Левенгук увидел и в капле воды из лужицы, и в кусочке грязи с подошвы ботинок, и даже в налете со своих зубов. Он с большим интересом рассматривал в свои увеличительные стекла этих забавных «зверюшек» и зарисовывал их.
Волшебные стекла Левенгука давали увеличение в 100–150 раз. Левенгук рассматривал через них блошиные лапки, волоски гусениц, прозрачные пленки хвоста головастика и многое другое.
Через линзы Левенгук видел на блошиных лапках огромные когти, волоски гусениц были похожи на толстые морские канаты, а в хвосте головастика он обнаружил тоненькие трубочки, по которым текла холодная лягушечья кровь.
Левенгук увидел в свои волшебные стекла мельчайшие живые существа. Одни из них были с подвижными отростками, другие со странными ножками-щупальцами, а у третьих быстро колебались тысячи тончайших ножек- ворсинок.
Все эти существа (амебы, туфельки и другие инфузории) двигались, ловили добычу, переваривали ее, размножались и умирали.
Это был новый чудесный мир, который кишел около человека, но был незаметен и невидим простым, невооруженным глазом.
В свои линзы Левенгук сумел разглядеть, как ему тогда казалось, менее интересные, почти неподвижные палочки и изогнутые тельца.
Это были микробы. И именно они-то и оказались впоследствии самым важным и интересным из всего того, что увидел Левенгук в свои волшебные стекла.
Но об этом люди узнали только спустя двести лет после открытия Левенгука, когда ученые стали разглядывать микробов не в простые увеличительные стекла, а в сложные приборы — микроскопы.
Так человечество узнало о том, что, кроме привычного видимого мира, где шумели деревья, расцветали цветы, где резвились птицы, летали и ползали насекомые, существуют и другие миры как части единого целого.
В одном из этих миров в громадном безвоздушном пространстве с бешеной скоростью несутся звезды и планеты.
Другой мир, обступающий людей вплотную, кишит мельчайшими живыми существами, природа и деятельность которых не ясна и не разгадана.
Ученые заинтересовались этим микроскопическим миром. Они построили микроскопы — приборы, более совершенные, чем линзы Левенгука, и с их помощью стали изучать неведомые доселе организмы.
РАЗГАДКА ВОЛШЕБНОГО СТЕКЛА
В чем же тут дело? Почему обычное плоское стекло не увеличивает рассматриваемый предмет, а кривое стекло — линза — его увеличивает во много раз? Почему волшебные стекла Левенгука увеличивали предметы, которые невозможно рассмотреть простым глазом?
Весь секрет заключается в так называемом угле зрения. Что же это за угол? Углом зрения принято называть угол, который составляют две прямые, проведенные к глазу от крайних точек рассматриваемого предмета.
Допустим, что мы рассматриваем яблоко. Линии, проведенные от верха и от низа яблока, сходятся в нашем глазу под каким-то углом. Этот угол и называют углом зрения. Чем ближе от глаза находится рассматриваемый предмет, тем угол зрения будет больше. Наоборот, чем дальше расположен предмет, тем меньше угол зрения.
Углы, как известно, измеряются градусами, минутами и секундами. Полная окружность составляет развернутый угол в 360 градусов. Прямой угол равен 90 градусам. Каждый градус можно разделить на еще меньшие углы — минуты. Условились за минуту принимать угол, равный одной шестидесятой доле градуса.
Тут интересно следующее обстоятельство. Оказывается, что мы не можем увидеть простым глазом ни одного предмета, если угол зрения меньше одной минуты. Одна минута — это предел для нашего глаза.
Представьте себе обыкновенную пятнадцатикопеечную монету. Поперечник (диаметр) монеты в пятнадцать копеек равен 20 миллиметрам.
Возьмем эту монету в руку и отнесем ее от глаза на расстояние четверти метра. Мы ее отлично видим — угол зрения большой.
Попросим кого-нибудь отнести монету на большее расстояние. Она будет все уменьшаться и уменьшаться. Монета как бы тает на наших глазах. Вот она уже на расстоянии 10 метров и кажется совсем, совсем маленькой. Это значит, что уменьшился угол зрения, угол между двумя воображаемыми прямыми, проведенными в наш глаз с верха и с низа монеты.
Геометрия учит, что предмет, удаленный на расстояние, в 57 раз большее его поперечника, должен представиться наблюдателю под углом зрения в один градус.
Если произвести вычисления, то окажется, что мы будем смотреть на нашу пятнадцатикопеечную монету под углом в один градус уже и тогда, когда она удалена от нас на расстояние всего лишь немногим больше одного метра.
Как только угол зрения станет меньше одной минуты, мы совсем потеряем монету из виду.
«Но при чем же тут волшебные стекла Левенгука?» спросит читатель.
Оказывается, что световые лучи, проходя через выпуклое стеклышко — линзу, преломляются и увеличивают угол зрения. Поэтому невидимый предмет через линзу становится отлично видимым.
Гранильщики драгоценных камней, вышивальщицы тончайших узоров на тканях, часовых дел мастера, резчики художественных изделий из слоновой кости — все это люди с очень зоркими глазами. Их наметанный глаз способен различать мельчайшие детали рисунка, недоступные другим. Но даже и эти «сверхзоркие» люди не могут увидеть предметы размером меньше одной десятой доли миллиметра.
Формы бактерий.
Крошечные убийцы были открыты учеными, которые изучили условия их жизни и нашли способы борьбы с ними.
Удалось создать такие лекарственные вещества, которые уничтожают микробов. Были разработаны точные методы обнаружения заболеваний.
До этих открытий трудно было распознавать болезни. Заболел человек. Поднялась температура. Началась рвота. А в чем дело, неизвестно. И лишь тогда, когда были открыты возбудители заболеваний (микробы), люди научились быстро распознавать болезни и бороться с ними.
Сотни тысяч человеческих жизней были спасены благодаря изобретению оптического микроскопа.
НОВАЯ ТАЙНА НЕВИДИМОГО МИРА
Однако все попытки обнаружить возбудителей некоторых других заразных (инфекционных) болезней не давали никаких результатов.
Страшная болезнь бешенство, некоторые виды энцефалита, оспа, корь, грипп и другие инфекционные заболевания изучались многими видными учеными.
Но никаких возбудителей этих болезней ученым обнаружить не удалось. А люди болели и умирали.
Оптические микроскопы были бессильны показать ученым тот таинственный мир, в котором скрывались невидимые, мельчайшие микробы. Туберкулезную палочку, холерного вибриона и многих других страшных микробов помог изучить исследователям оптический микроскоп.
Но показать ученым бациллы бешенства, оспы, энцефалита, гриппа было не в его силах. А может быть, их и нет совсем, этих бацилл? Может быть, это одна лишь фантазия, выдумка настойчивых ученых, почему-то видевших во всех заразных болезнях одну единственную причину — микробов?
И многие жрецы науки в бессилии разводили руками и пожимали плечами. Может быть, действительно, думали они, напрасно мы ищем того, чего нет! Может быть, на самом деле болезни, возбудителей которых мы не можем обнаружить, вызываются какими-то другими причинами, а не микроорганизмами? Может быть, причину многих страшных болезней, уничтожающих человечество, следует искать в божьем гневе?
Русский ученый Д. О. Ивановский был не согласен с этим мнением. Одновременно с ним работал другой русский ученый, микробиолог Н. Ф. Гамалея. В 1856 году он произвел опыт, доказывавший существование мельчайших, невидимых в оптический микроскоп микробов. Гамалея пропустил кровь зараженного чумой животного через специальный мелкопористый фильтр, не пропускающий бактерий. Жидкость, которая просочилась через этот фильтр, была впрыснута Гамалеей здоровому теленку. Теленок заболел чумой. Отсюда Гамалея сделал вывод, что профильтрованная жидкость, хотя и была свободна от микробов, которые не смогли пройти сквозь поры фильтра, все же содержала какое-то невидимое под микроскопом заразное начало. Ивановский упорно искал невидимых даже в оптический микроскоп крохотных убийц и в конце концов напал на их след. Ивановский разгадал эту новую тайну невидимого мира.
ОТКРЫТИЕ РУССКОГО УЧЕНОГО
Как же сделал Ивановский свое замечательное открытие, которому суждено было сыграть в дальнейшем столь большую роль в науке?