レーウェンフックが厳重に守っていた秘密がついに科学者によって明らかにされた。それだけか？

17 世紀、オランダの実業家アントニー・ファン・レーウェンフックは自家製の顕微鏡を使用して初めて単細胞生物を観察し、人類に微生物学の扉を開きました。

レーウェンフックは、顕微鏡の倍率が同時代の人々の顕微鏡よりも一桁高かったため、誰も見たことのない世界を発見することができました。たとえば、現在在庫にある最高倍率のレーウェンフック顕微鏡は、対象物を 266 倍に拡大できます。

この男は顕微鏡の世界の秘密を世界に語ったが、彼の顕微鏡にはどんなレンズが隠されているのか、また、どんな工程で作られたのかと尋ねられると、レーウェンフックは口を閉ざしたままだった。外の世界は常にこのことに非常に興味を持っており、顕微鏡を使って細胞を発見した最初の先駆者であるロバート・フックも例外ではありません。

それから300年以上経った今、オランダのデルフト工科大学の科学者たちはついに「266倍スコープ」からレンズがどのように見えるかを確認し、同時にロバート・フックの繊細さのヒントも感じ取った。

なぜ合意した内容と違うのですか?

昔は、病院でレントゲンを撮るのと同じように、レーウェンフック顕微鏡の内部を観察するために、主にX線が使われていました。

物体を 266 倍に拡大できるレーウェンフック顕微鏡は、ユトレヒト大学博物館に収蔵されています。 |参考文献1

しかし、レーウェンフック顕微鏡の開口部は 1 mm 未満と小さすぎたため、レンズのごく一部しか露出しておらず、90% 以上は真鍮板で覆われていました。 X線は金属を透過しにくいため、内部のレンズの形状を検出することが困難です。

そこで、デルフト工科大学の科学者たちはX線の使用をやめ、代わりに中性子断層撮影法を使用しました。中性子ビームは、X 線よりも優れた性能でほとんどの金属を透過します。中性子は原子核の外側の電子によってそれほど減衰しませんが、X 線の光子は電子によって吸収または散乱されやすくなります。

中性子ビームを放射することで、科学者は遺物を破壊することなく、レーウェンフック顕微鏡の内部を最高倍率で観察することができます。

顕微鏡による中性子断層撮影（266倍）。灰色の領域がレンズがある場所です。どの角度から見ても円形で、直径は約1.3mmです。参考文献1

左は顕微鏡（266倍）、右は3D再構成後丨参考文献1

レンズを固定する真鍮板は非常に薄く、レンズが埋め込まれる位置は凹んでいます。こうすることで、レンズの前面を真鍮板から突出させることができ、レンズを観察サンプルにどんどん近づけることができます。科学者たちは、レーウェンフックの設計において「近さ」が重要な考慮事項であったと考えている。

もちろん、彼らはレンズの形状をより気にしています。画像では、どの方向から見てもレンズの断面が円形であることがわかります。つまり、それはガラス玉だったのです。対象物を顕微鏡で観察すると（つまり図のXZ方向）、ガラス球を結ぶガラス線も見つかります。

短い線で結ばれた円 |参考文献1

しかし、この結果はこれまでの学界の理解とは大きく異なります。以前の大規模な研究では、この「266 倍望遠鏡」のレンズは球形ではなく、むしろ平らになった球のように見えることが示唆されました (下の図を参照)。今日の画像結果によると、そのレンズは線が追加された球形であることがわかりました。

1981 年の研究では、顕微鏡のレンズ (266 倍) は、ガラス管を電球の形に吹き、端の膨らんだ部分を折って作られたことが示唆されました。結果として得られたレンズは比較的平坦でした。

科学者らが別の中倍率のレーウェンフック顕微鏡を使っても画像を撮影したところ、レンズははるかに平らで、レンズ豆のような形をしていることがわかった。

より平坦なレンズを使用した中倍率 (118 倍) 顕微鏡の画像結果 |参考文献1

研究チームの研究結果は、科学誌「サイエンス・アドバンス」の5月号に掲載された。

新しいイメージングは​​古い認識を打ち破りますが、科学者の想像を完全に超えるものではありません。線でつながったボールの形のような印象を受けるからです。

なぜフックの計画と似ているのでしょうか?

1670年代、レーウェンフックは顕微鏡の下に池の水を一滴垂らし、その中にたくさんの「小さな動物」が泳いでいることを発見しました。それ以来、彼はさまざまなサンプルを観察したときに見た「小さな動物」について記述した手紙をロンドン王立協会に書き始めた。

今日、私たちは彼が微生物を見ていたことを知っています。しかし、当時の人々の目には、手紙に記された光景は信じ難いものだった。さらに、レーウェンフックは使用した機器を明らかにすることを拒否したため、疑惑や嘲笑が起こりました。 1676年、王立協会はそれらの「微小な動物」の信憑性を疑問視した。レーウェンフックの強い要望により、王立協会は数人の高位の宗教指導者を招いて彼の観察結果を検証した。

1677年、レーウェンフックの発見が認められました。しかし、顕微鏡内の秘密は明かされなかった。当時王立協会の事務局長であり、顕微鏡で細胞を初めて観察したロバート・フックは、レーウェンフックの秘密主義に憤慨した。政治的な問題とは関係なく、科学的発見の透明性と再現性も王立協会が重視する要素です。

1678 年、フックは自ら「非常にシンプルな」解決策を発表しました。

細いガラス棒を炎の上に置くと、ゆっくりと溶けて、先端が小さなボールのように丸まります。小さなボールを折り、取り付けを容易にするために小さなハンドルを残します。

科学者がレンズの形状を再現 |アムステルダム国立美術館

小さなボールが紐につながれています。 3 世紀以上が経った今日、科学者たちはついに、物体を 266 倍に拡大できたレーウェンフックの顕微鏡のレンズが、実はフックの「超シンプルな」解決策と非常によく一致していたことを発見しました。

この方式は、実際には 1665 年にフックが著した『ミクログラフィア』で紹介された方法のバリエーションです。唯一の違いは小さなハンドルで、この本ではこれを削り取る必要があると考えられていました。 『ミクログラフィア』の人気は、レーウェンフックの顕微鏡製造の全キャリアに先立って始まりました。

したがって、「266x スコープ」の製造は、秘密のプロセスを使用するのではなく、フックの方法を借用した可能性が高いです。この発見により、研究チームはレーウェンフックの秘密主義は競争相手に対する意図的なものであったと信じるに至った。

1685年、粘り強いフックは、レーウェンフックから顕微鏡に関する詳細を入手しようと、王立協会の会員をオランダのデルフトに派遣したが、それでも成果は得られなかった。今日、科学者たちもフックに対して少し皮肉な気持ちを抱いている。なぜなら、彼が探し求めていた答えは、すでに彼自身の心の中にあったのかもしれないからだ。

しかし、それでも、フックの手法を当時最も効果的なものにしたのは、レーウェンフック自身のスキルでした。レーウェンフックの顕微鏡の倍率は、100年以上経ってからようやく上回られることとなった。

研究を終えることができません。

もともとレーウェンフックは織物商人で、絹糸の品質を判断するために、それぞれの絹糸をより鮮明に見ることができる道具を求めていました。

イギリスを旅行し、フックの『顕微鏡地図帳』に感銘を受けたレーウェンフックは、顕微鏡技術の研究に夢中になった。

彼はさまざまな細胞を観察して描きました。たとえば、1-4 はウサギの精子、5-8 は犬の精子です。|アンソニー・ファン・レーウェンフック

彼は生涯で400台以上の顕微鏡を製作し、レンズの研磨に熟練していたほか、花火や吹奏楽にも長けていました。こうした日常的な作業に加えて、レーウェンフックは部外者には信じられないような道具もいくつか使っていたかもしれない。歴史的文書によると、彼はかつてタラの卵をレンズとして使い、周囲のものの反転像を観察していたという。

しかし、400 台を超える顕微鏡のうち現存するのは 11 台のみであり、レーウェンフック自身の製造工程に関する記述は非常に限られているため、外部の人々が彼の顕微鏡の製造方法について知っていることはほとんどなく、ほとんどの情報は未だに発見されていません。

科学者たちは論文の中で、レーウェンフックが顕微鏡のレンズを作るために使ったプロセスは、どんなに研究を重ねても完全に排除することはできないため、決して使い尽くされることはないとも書いている。

参考文献

[1] Cocquyt, T.、Zhou, Z.、Plomp, J.、Van Aijck, L. (2021)。ファン・レーウェンフックの顕微鏡の中性子断層撮影。サイエンスアドバンス、7(20)、eabf2402。

[2] ヴァン・ズイレン、J.（1981）。アントニ・ファン・レーウェンフックの顕微鏡。顕微鏡ジャーナル、121(3)、309-328。

[3] ドーベル、C.（1932）。アントニー・ファン・レーウェンフックと彼の「リトル・アニマルズ」。原生動物学と細菌学の父と、これらの分野における彼の多彩な発見についての記述。

[4] Scherbeek, A.、Rooseboom, M. (1959)。目に見えない世界を測る：アントニ・ファン・レーウェンフックの生涯と作品（第37回）。アベラール＝シューマン。

著者: 李子

編集者: オデット