قصة اختراع المجهر

خلال عصر النهضة، وبعد العصور الوسطى التي وُصفت بـ "المظلمة"، شهدت البشرية ثورات علمية كبرى، من اختراع الطباعة والبارود إلى اكتشاف أمريكا. ومن بين هذه الإنجازات العظيمة، ظهر اختراع غيّر نظرتنا للكون إلى الأبد: المجهر الضوئي. هذه الأداة البسيطة، التي تستخدم عدسة أو مجموعة من العدسات، مكّنت العين البشرية من رؤية تفاصيل عوالم مذهلة لم تكن معروفة من قبل.

قصة اختراع المجهر وتطوره

لفهم قصة اختراع المجهر، يجب أن نعود أولاً إلى اختراع العدسات الزجاجية. فقبل آلاف السنين، لاحظ أحدهم أن قطعة من الكريستال الشفاف تجعل الأشياء تبدو أكبر، وأنها قادرة على تركيز أشعة الشمس لإشعال النار. ورغم ذكر "العدسات المكبرة" في كتابات الفلاسفة الرومان في القرن الأول الميلادي، إلا أن استخدامها الحقيقي لم يبدأ إلا مع اختراع النظارات في نهاية القرن الثالث عشر.

في حوالي عام 1590، قام صانعا النظارات الهولنديان، زاكارياس يانسن وابنه هانز، بتجربة وضع عدة عدسات في أنبوب، ليكتشفا أن الأجسام القريبة بدت مكبرة بشكل هائل. كان هذا هو النموذج الأولي للمجهر المركب والتلسكوب. وبعد سنوات، في عام 1609، سمع جاليليو بهذه التجارب، ووضع مبادئ علم البصريات، ليبدأ من هنا عصر المجهر الضوئي.

مخترعون ساهموا في تطوير المجهر

• أنطون فان ليفينهوك (1632-1723):
  يُعتبر الأب الحقيقي لعلم الأحياء الدقيقة. لم يخترع ليفينهوك المجهر، لكنه طور طرقًا فريدة لصقل عدسات صغيرة ذات تكبير هائل وصل إلى 270 مرة، وهو ما لم يستطع أحد مجاراته في ذلك الوقت. باستخدام مجاهره البسيطة، كان أول من رأى ووصف البكتيريا، الخميرة، والحياة المزدحمة في قطرة ماء، ودوران كريات الدم في الشعيرات الدموية. ودحضت اكتشافاته نظرية "التولد التلقائي" التي كانت سائدة آنذاك.

• روبرت هوك وتشارلز سبنسر:
  روبرت هوك، عالم إنجليزي، قام بتحسين تصميم مجهر ليفينهوك، وهو أول من استخدم مصطلح "خلية" (Cell) بعد ملاحظته لتركيب الفلين تحت المجهر. أما الأمريكي تشارلز سبنسر، فقد أجرى تحسينات كبيرة على جودة العدسات في منتصف القرن التاسع عشر، مما جعل المجاهر الأمريكية الأفضل في العالم آنذاك.

ما وراء المجهر الضوئي: قيود وحدود

لا يمكن للمجهر الضوئي، مهما بلغت جودة عدساته، أن يميز الأجسام التي يقل حجمها عن نصف الطول الموجي للضوء (حوالي 0.275 ميكرومتر). لرؤية ما هو أصغر من ذلك، مثل الفيروسات والجزيئات، كان على العلماء تجاوز الضوء تمامًا واستخدام نوع آخر من "الإضاءة".

ثورة المجهر الإلكتروني

في ثلاثينيات القرن العشرين، تم اختراع المجهر الإلكتروني على يد العالمين الألمانيين ماكس نول وإرنست روسكا (الذي نال نصف جائزة نوبل في الفيزياء عام 1986 عن هذا الاختراع).

يستخدم المجهر الإلكتروني حزمًا من الإلكترونات بدلاً من الضوء. ونظرًا لأن الطول الموجي للإلكترونات أقصر بكثير من الطول الموجي للضوء، فإنه يستطيع تحقيق تكبير يصل إلى ملايين المرات، مما يسمح للعلماء برؤية الجزيئات وحتى الذرات.

لكن عيبه الرئيسي هو أنه لا يمكن استخدامه لمراقبة العينات الحية، لأنها لا تستطيع البقاء على قيد الحياة في الفراغ العالي الذي يتطلبه.

التسلسل الزمني لأهم محطات تطور المجهر

• القرن الرابع عشر: صُنعت النظارات لأول مرة في إيطاليا.

• عقد 1590: زاكارياس وهانز يانسن يصنعان أول مجهر مركب.

• 1675: أنطون فان ليفينهوك يصبح أول من يلاحظ البكتيريا باستخدام مجهره الخاص.

• 1830: جوزيف جاكسون ليستر يكتشف أن استخدام عدسات ضعيفة معًا يوفر تكبيرًا أوضح.

• 1932: فريتس إكسيرنيك يخترع مجهر تباين الطور، مما يسمح بمراقبة العينات البيولوجية الشفافة.

• 1938: إرنست روسكا يطور المجهر الإلكتروني، مما أحدث ثورة في الدقة والتكبير.

• 1981: اختراع مجهر المسح النفقي (STM) على يد جيرد بينيج وهاينريش روهرر، مما أتاح رؤية الصور ثلاثية الأبعاد للذرات.

• عقد 1990: تطوير تقنيات الفحص المجهري فائق الدقة (Super-resolution microscopy)، والتي تجاوزت حدود دقة المجهر الضوئي التقليدي.

• 2014: مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لإريك بيتزيج وستيفان هيل وويليام مورنر عن تطوير الفحص المجهري فائق الدقة.