Selvfølgelig var det ikke mulig å oppdage de små krypene med det blotte øyet. Men den nederlandske naturforskeren Anton van Leeuwenhoek (1632— 1723) hadde laget et mikroskop og ble førstemann som så en bakterie.

Preparatet fant han i sin egen munn. Han la en dråpe spytt mellom to små glassplater og kikket på det gjennom mikroskopet. Og vips kunne han følge noen skapninger som beveget seg raskt rundt omkring ved hjelp av ørsmå flimmerhår.

NOBELVINNER 2014: Ved å skanne det man vil se, nanometer for nanometer, får man en oppløsning som er bedre enn det som har vært vedtatt sannhet i 120 år. Foto: Leica Mikrosystems
Leica Microsystems

Så da vitenskapsmennene i det berømte Royal Society i London ikke ville tro ham, ble han fornærmet og sa: «Dere kan hilse de lærde herrene og si at hvis jeg bare skraper litt materiale fra den ene fortannen min, ser jeg flere smådyr enn det er innbyggere i London!«

Fantastisk historie

Nederlenderens oppdagelse er starten på en fantastisk historie om hvordan vi kan se mindre og mindre skapninger ved hjelp av mikroskop. I år toppes reisen i mikroskopets forunderlige verden med Nobelprisen i kjemi, som deles ut i Stockholm 10. desember.

Hvis jeg bare skraper litt materiale fra den ene fortannen min, ser jeg flere smådyr enn det er innbyggere i London!

Amerikanerne William E. Moerner og Eric Betzig og tyskeren Stefan W. Hell får prisen for å ha utviklet superoppløselige mikroskop slik at vi kan undersøke mer detaljer i levende celler, for eksempel levende e.colibakterier.

Det har aldri vært mulig før, heller ikke med elektronmikroskop. De tre har bidratt til at det optiske mikroskopet nå kan stirre inn i nanoverden, som Kungliga Vetenskapsakademien sa da tildelingen ble kunngjort i Stockholm i oktober.

Nobelprisen.
NN

Arbeidene til prisvinnerne har revolusjonert forskningen på sykdommer og utviklingen av legemidler.

Oppløsingen viktigst

Når man beskriver styrken av et mikroskop, er det ofte forstørrelsen som nevnes. Men faktisk er oppløsningen den viktigste egenskapen (som antall piksler når vi snakker om bilder). Hvis vi tenker oss et mønster av prikker, så er oppløsningen et mål på hvor tett prikkene kan sitte for at vi likevel skal se dem som separate prikker fra en gitt avstand.

Det menneskelige øyet har en oppløsning som gjør at vi kan se et prikkmønster med 0,35 millimeter avstand mellom prikkene hvis vi betrakter mønsteret på én meters avstand. Men dette er veldig bra syn, ikke alle klarer det selv med briller.

Hvis vi vil se ting som er enda mindre, må vi bruke mikroskop. Bakterier og blodceller er for eksempel bare noen tusendels millimeter store, så de er umulige å oppdage med det blotte øye.

Men hvor bra er egentlig et vanlig lysmikroskop? Kan vi bruke det til å se hvordan bakteriene og cellene er bygget opp?

Svaret er nei ... og ja, og det er her årets Nobelpris kommer inn i bildet.

Diskolys

Ernst Abbé, en av grunnleggerne av firmaet Zeiss, som mange kjenner i dag fra kikkerter og kameraobjektiver, slo fast for 120 år siden at lysmikroskoper ikke kunne se noe som er mindre enn en halv lysbølgelengde, det vil si 0,0002 millimeter.

MIKROSKOP ANNO 1670: Her er en kopi av mikroskopet Antoni van Leeuwenhoek laget. Det består av to messingplater med et hull i midten, der det er plassert en liten rund linse – omtrent så stort som en vanndråpe. Preparatet som skal undersøkes festes på baksiden. Hele mikroskopet er bare 3–4 cm langt. Foto: Ole Didrik Lærum
OLE DIDRIK LÆRUM

Men så skjedde det noe på slutten av 1990-tallet, og som så ofte i vitenskapen skjedde det plutselig mye på én gang. Ikke bare en, men to nye mikroskopiteknikker så dagens lys. Begge utnytter fenomenet fluorescens på en svært så snedig måte, og den gamle begrensningen på 0,0002 millimeter er brutt takket være årets nobelprisvinnere.

Bakterier og blodceller er for eksempel bare noen tusendels millimeter store, så de er umulige å oppdage med det blotte øye.

Men hva er egentlig fluorescens?

Vi kjenner det fra neonrør. I nærheten av neonrør lyser tøyet på en merkelig måte — tenk bare på diskoteker og nattklubber. Det skyldes at neonrøret sender ut ultrafiolett lys som vi ikke kan se.

Når det treffer visse atomer og molekyler som f.eks. fargestoffer i tøyet vårt, vil de absorbere dette lyset. Etter en stund sender de lyset ut igjen, men nå med en annen bølgelengde. Vi sier at molekylene fluouriscerer.

Bilde på bilde

Så hva har de tre nobelprisvinnerne gjort?

Stefan Hell har utviklet en metode som bruker to laserstråler: En som får fluorescerende molekyler til å lyse, og en som nuller ut all fluorescens bortsett fra i et ørlite område.

Ved å skanne det man vil se, nanometer for nanometer, får man en oppløsning som er bedre enn den Abbe trodde var mulig. Hell utviklet metoden i 2000.

Eric Betzig og William Moerner jobbet hver for seg med det som kalles enmolekyl-mikroskopi. Forskerne skrur molekylenes fluorescens av og på som et blinklys, og lar dem ta flere bilder av noen få molekyler om gangen.

Når alle bildene legges oppå hverandre, får man et tett superbilde med oppløsning på nanonivå. Betzig brukte metoden første gang i 2006.

Altzheimer og Parkinson

Fluourescence-mikroskopi har vært brukt i mange år — særlig i biokjemi og mikrobiologi. Forskere har utviklet metoder så de kan merke spesielle områder på cellene med fluorescerende molekyler, som lyser opp når de blir belyst. På den måten kan man studere f.eks. celledeling og celledød.

Hjerneforskning er et av de store områdene for både Betzig og Hells mikroskoper som bl.a. brukes for å forstå sykdommer som Altzheimer og Parkinson.

xDe nye oppdagelsene er langt unna det første lysmikroskopet som ble laget av far og sønn Jansen Hans (1534— 1592) og Zacharias (1587- 1642) i Nederland på slutten av 1500-tallet.

Det besto av et rør med to linser, der røret kunne trekkes ut på samme måten som et teleskop. Når det var dratt sammen, forstørret det tre ganger. Ble det trukket helt ut, kunne det forstørre ni ganger.

De to laget flere mikroskop, og noen av dem ble gitt til rike, adelige personer, blant annet prinsen av Oranien og erkehertug Albert av Østerrike. Det første lysmikroskopet førte til store oppdagelser som fikk følger for både naturvitenskap og medisin.

Elfenben, sølv og gull

Kunnskapen om mikroskopet spredde seg raskt i Europa, og astronomen Galileo Galilei (1564- 1642) og filosofen René Descartes (1596- 1650) var blant de første som brukte det.

Så sensasjonelt var den nye oppdagelsen at instrumentmakere over hele Europa la sin sjel i designet. For personer høyt på den sosiale rangstigen ble det laget de mest prydelige og dekorerte utførelser i elfenben, sølv og gull.

Men mikroskopene ble også laget til vanlige forskere og folk flest. På midten av 1700-tallet ble det i Nürnberg produsert mange enkle mikroskop der selve røret med linsene besto av dekorert papp, mens instrumentbordet og de tre bena som holdt det var utført i ibenholt. Slik kom «den nye verdenen» ut til brede lag av folket.

Det hadde sin pris, for de kunne bli ganske forskrekket når de så lopper og lus som ble forstørret til noen fryktelige uhyrer.

KREFTCELLER: Bilde av kreftceller tatt av et nanomikroskop (STED-mikroskop). Fargene tilsvarer ulike deler av cellene.
Leica Microsystems