Suốt hàng nghìn năm, kẻ thù nguy hiểm nhất của loài người lại là một kẻ thù vô hình. Dịch bệnh quét qua các thành phố, vết thương nhiễm trùng giết chết những người lính khỏe mạnh nhất, trẻ sơ sinh chết hàng loạt — mà không ai biết nguyên nhân, vì thủ phạm nhỏ đến mức mắt thường không thể nhìn thấy. Mọi thứ chỉ thay đổi khi một dụng cụ ra đời tại các xưởng làm kính ở Hà Lan: kính hiển vi. Nó không đơn thuần phóng to vật thể; nó mở ra trước mắt con người một thế giới sống hoàn toàn mới, đông đúc ngay trong một giọt nước.
Nguồn gốc từ các xưởng kính ở Hà Lan
Cuối thế kỷ 16, Hà Lan là trung tâm nghề chế tác kính mắt của châu Âu. Khoảng thập niên 1590, tại thị trấn Middelburg, hai cha con thợ kính Hans và Zacharias Janssen được cho là đã ghép hai thấu kính vào một ống đồng và tạo ra chiếc kính hiển vi phức hợp đầu tiên — dù tuyên bố này còn gây tranh cãi. Đầu thế kỷ 17, Galileo cũng chế tạo một dụng cụ tương tự gọi là "occhiolino" — "con mắt nhỏ".
Năm 1665, nhà khoa học người Anh Robert Hooke xuất bản cuốn sách "Micrographia" với những bức vẽ tuyệt đẹp về bọ chét, ruồi và lát nút bần phóng to. Khi quan sát các khoang rỗng trong nút bần, ông gọi chúng là "cell" — tế bào — vì chúng gợi ông nhớ đến những căn phòng nhỏ của tu sĩ. Thuật ngữ ấy được dùng đến ngày nay, dù những gì Hooke thấy thực ra chỉ là vách của tế bào đã chết. Kính phức hợp thời đó còn nhược điểm lớn: ảnh mờ và lem màu vì thấu kính kém.
Leeuwenhoek và những "con vật tí hon"
Người đưa kính hiển vi lên đỉnh cao đầu tiên lại là một người bán vải chưa từng qua trường lớp nào. Antonie van Leeuwenhoek (1632–1723) ở thành phố Delft tự mài những thấu kính đơn nhỏ xíu, gắn chúng giữa hai lá đồng và cầm sát mắt để nhìn. Kính của ông chỉ có một thấu kính, nhưng mài hoàn hảo đến mức phóng đại khoảng 270 lần và cho ảnh sắc nét hơn hẳn kính phức hợp cùng thời.
Từ năm 1673, Leeuwenhoek gửi hàng loạt thư về Hội Hoàng gia Anh, mô tả một thế giới chưa ai thấy: hồng cầu trong máu, tinh trùng, và năm 1676, những sinh vật sống tí hon lúc nhúc trong nước ngâm hạt tiêu — ông gọi chúng là "animalcules", những con vật tí hon. Đó là lần đầu tiên con người nhìn thấy vi khuẩn. Ông còn cạo mảng bám trên răng mình và kinh ngạc thấy vô số sinh vật sống trong đó. Leeuwenhoek giữ bí mật tuyệt đối cách mài kính; sau khi ông mất, kỹ nghệ ấy cũng thất truyền một thời gian dài.
Kính hiển vi hoạt động như thế nào
Kính hiển vi quang học hiện đại dùng hai hệ thấu kính phối hợp với nhau: vật kính nằm gần mẫu vật, tạo ra ảnh phóng đại lần thứ nhất; thị kính phóng đại tiếp ảnh đó lần nữa. Độ phóng đại tổng cộng bằng tích của hai độ phóng đại. Nhưng điều quyết định chất lượng không phải là phóng đại bao nhiêu lần, mà là độ phân giải — khả năng tách bạch hai điểm rất gần nhau. Vì ánh sáng nhìn thấy có bước sóng giới hạn, kính quang học không thể phân giải chi tiết nhỏ hơn khoảng 0,2 micromét: đủ để thấy vi khuẩn, nhưng hầu hết virus thì không.
Để vượt qua giới hạn ấy, năm 1931 hai kỹ sư người Đức Max Knoll và Ernst Ruska chế tạo kính hiển vi điện tử, dùng chùm electron có bước sóng ngắn hơn ánh sáng rất nhiều. Nhờ nó, con người lần đầu tiên chụp được hình ảnh của virus và các cấu trúc tinh vi bên trong tế bào.
Thế giới vi sinh vật đã thay đổi y học ra sao
Việc nhìn thấy vi sinh vật chưa ngay lập tức làm thay đổi y học — phải mất gần hai thế kỷ, đến khi Louis Pasteur và Robert Koch chứng minh được vi khuẩn chính là thủ phạm gây bệnh, "thuyết mầm bệnh" mới ra đời và y học bước sang một trang khác hẳn. Từ nền tảng đó mới có khử trùng trong phẫu thuật, có vắc-xin và kháng sinh, có vệ sinh an toàn thực phẩm. Học thuyết tế bào — khẳng định mọi sinh vật đều cấu tạo từ tế bào — cũng bắt nguồn từ những quan sát qua kính hiển vi.
Ngày nay, kính hiển vi hiện diện ở khắp nơi: xét nghiệm máu và nước tiểu, sinh thiết tìm tế bào ung thư, thụ tinh trong ống nghiệm, kiểm tra chất lượng nguồn nước và thực phẩm. Một giọt máu soi dưới kính hiển vi vẫn là xét nghiệm cơ bản, rẻ tiền và hữu ích bậc nhất của y học hiện đại.
Sự thật thú vị ít người biết
- Leeuwenhoek không biết tiếng Latin, ngôn ngữ khoa học của thời đó; những lá thư tiếng Hà Lan của ông phải được dịch sang tiếng Anh hoặc Latin thì Hội Hoàng gia ở London mới đọc được.
- Ông từng viết rằng số sinh vật sống trong mảng bám trên răng của mình còn nhiều hơn số người đang sống trong cả vương quốc Hà Lan thời bấy giờ.
- Thấu kính của Leeuwenhoek nhỏ như hạt cát, cả chiếc kính vừa lòng bàn tay, vậy mà chất lượng quang học của chúng đến thế kỷ 19 mới có người sánh kịp.
Hiểu lầm thường gặp
Hiểu lầm: "Leeuwenhoek là người phát minh ra kính hiển vi." Kính hiển vi phức hợp đã xuất hiện trước ông gần một thế kỷ, từ thợ kính Hà Lan đến Galileo. Đóng góp của Leeuwenhoek là loại kính thấu kính đơn có chất lượng vượt trội cùng những quan sát mang tính khai phá: ông là người đầu tiên nhìn thấy vi khuẩn, chứ không phải người đầu tiên chế ra kính hiển vi.
Hiểu lầm: "Độ phóng đại càng cao thì kính càng tốt." Phóng đại mà thiếu độ phân giải chỉ cho ra hình ảnh to nhưng nhòe, hiện tượng mà các nhà quang học gọi là "phóng đại rỗng". Giới hạn thật sự nằm ở bước sóng của ánh sáng, và đó chính là lý do người ta phải chế tạo kính hiển vi điện tử để nhìn những vật nhỏ hơn vi khuẩn.
Hiểu lầm: "Robert Hooke là người đầu tiên nhìn thấy tế bào sống." Những "cell" trong nút bần mà Hooke vẽ lại chỉ là vách rỗng của tế bào thực vật đã chết, bên trong không còn chất sống. Việc quan sát vi sinh vật đang sống thuộc về Leeuwenhoek và các nhà khoa học đến sau ông.
0 bình luận