小さなガラス玉一粒が、200年間どの顕微鏡にも勝った デルフトの独学の織物商は、粒ほどの大きさのガラス玉ひとつを磨いてレンズに仕立て、切手ほどの大きさしかない真鍮の板にはめ込んだ。それを覗き込むと、誰も存在を知らなかった細菌や生きた細胞が見えた。その素朴なレンズはおよそ270xに達し、当時のかさばる複式顕微鏡よりも鮮明なまま、レンズ作りがようやく追いつく1800年代まで二世紀近く君臨した。
彼は「細胞」を、修道士の質素な小部屋にちなんで名づけた 1665年、ロンドンの博識家はコルクの薄片を切り、顕微鏡の下に置いて、小さな空っぽの箱が並ぶ蜂の巣のような構造を見た。その仕切り壁が、修道士たちが眠る飾り気のない小部屋を思わせたので、彼はその名を借りた——ラテン語で小さな部屋を意味する cella。以来、生きた細胞はすべて、もとは樹皮の死んだ空洞の壁に付けられたこの言葉を背負っている。
レンズが見せられる最小の物を決めるのは、光そのものだ 1873年、ドイツの物理学者は、どんなに完璧なガラスを使った普通の光学顕微鏡でも、通り抜ける光の波長のおよそ半分より近い二点を分離できないことを証明した。可視光ではその下限はおよそ200ナノメートル——たいていの細菌より小さいが、ウイルスよりははるかに大きい。壁となっているのはレンズではない。光そのものの波としての性質なのだ。
一滴の油は、空気には決して届かない鮮明さで見る 空気は、試料から出る最も傾いた光線を曲げて散らしてしまい、それらはレンズに届かない。ガラスのスライドと対物レンズのあいだに特殊な油を一滴垂らせば、油はガラスとほぼ同じように光を曲げるので、その光線はまっすぐ入ってくる。油をガラスに合わせることで、レンズはより広い光の円錐を取り込み、乾いたレンズでは届かない細部まで解像できる。
ガラス質の藻類は、レンズを試す物差しだ 珪藻は単細胞の藻類で、ガラス質のシリカでできた精巧な殻を作り、その殻にはわずか数マイクロメートル間隔で並ぶ孔の列が穿たれている。その列があまりに均等に刻まれているため、顕微鏡職人は天然の試験標的として使う——あるレンズがある種の線をくっきり分離できれば、その真の解像力がわかるのだ。なかには縞の間隔が数百万分の一メートルしかない種もある。
生きた細胞を、殺さずについに見られるようになった方法 ほとんどの細胞はほぼ透明なので、何十年ものあいだ、その内部を見る唯一の方法は色素で染めることだった——そしてそれは細胞を殺してしまう。1930年代初め、オランダの物理学者は、透明な細胞でも通り抜ける光をわずかに遅らせていることに気づいた。彼の位相差顕微鏡は、その目に見えない遅れを目に見える明暗に変え、生きたまま染められていない細胞の仕組みを映し出す。これは1953年のノーベル物理学賞に輝いた。
光を電子に置き換えれば、原子が見える 光はその波長のおよそ半分より小さいものを解像できないため、光学顕微鏡が見せられるものには越えられない下限がある。ところが電子もまた波のようにふるまい、その波長は可視光の数千分の一しかない。光の代わりに絞った電子の束を試料に当てれば、解像力は千倍に跳ね上がり、個々の原子の格子を写し取れるほど鮮明になる。
二本目の光線が、光自身の限界を破った 一世紀以上にわたり、光の波長は顕微鏡の精細さを阻む破れない壁に思えた。2000年ごろ、ある物理学者は二本目のドーナツ形のレーザー光線を加えた。それは、かつての限界よりはるかに小さな一点を除いてあらゆる場所の発光を消し、その一点を試料の上で走査する。この仕掛けが壁を打ち砕き、光学顕微鏡でもわずか数十ナノメートル離れただけの構造を見られるようにした。これは2014年のノーベル賞をもたらした。
