Katedra za botaniko

ZELENI ŠKRAT preganja rastlinsko slepoto

  Zeleni škrat    Poskusi sam    Radovednež    Drobnogled    Kino 
  Študentov škrat    Ropotija    Povezave    Išči 

Kaj je Robert Hooke napisal o celici?

Radovednež

Radovednež

V vsakem učbeniku biologije lahko preberemo, da je britanski znanstvenik Robert Hooke (1635-1703) prvi videl in poimenoval celico. Do tega odkritja je prišel, ko je pod mikroskopom opazoval rezine plute. Pluta je del lubja hrasta plutovca, torej Hooke očitno ni trpel za rastlinsko slepoto, saj so ga rastline zanimale. V nobenem učbeniku pa ne piše, kaj je Hooke pravzaprav opazil in zapisal.  Robert Hooke je napisal tole v svoji znameniti knjigi Micrographia, ki je izšla leta 1665:


Robert Hooke
O ureditvi in zgradbi plute ter o celicah in porah v drugih podobnih penastih telesih

(odlomek iz knjige Micrographia or Some Physiological Descriptions of Minute Bodies; London, 1665)

Vzel sem dober, čist kos plute. Z žepnim nožkom, nabrušenim kot britev, sem z njega odrezal kos, tako da sem dobil izjemno gladko površino. Ko sem jo pogledal zelo natančno pod mikroskopom, se mi je zdelo, da vidim, da je nekoliko porozna; vendar nisem tako dobro videl, da bi bil prepričan, da vsebuje pore, še manj pa sem razločil njihovo obliko. Ob upoštevanju lahkosti in stisljivosti plute takšna zgradba vsekakor ne bi bila nemogoča. Z nadaljnjo raziskavo bi pore morda lahko razločil pod mikroskopom. Z istim ostrim nožkom sem s prejšnje gladke površine odrezal izjemno tanko rezino. Položil sem jo na črno objektno ploščo, ker je bila rezina sama svetle barve. Nanjo sem usmeril svetlobo s plankonveksno lečo. Zelo jasno sem lahko razločil, da je vsa preluknjana in vsebuje pore, zelo podobno kot satje. Čeprav pore niso bile pravilnih oblik, je bila rezina vendarle precej podobna satju.

Prvič, pluta je vsebovala zelo malo trdne snovi v primerjavi s praznimi votlinicami med trdno snovjo. Interstitia ali stene (kot jih lahko imenujem) ali pregrade med porami so bile skoraj tako tanke v primerjavi s svojimi porami, kot so tanke plasti voska v satju (ki obdajajo šesterokotne celice) v primerjavi s svojimi celicami.

Drugič, te pore ali celice niso bile zelo globoke. Dolge neprekinjene pore so bile sestavljene iz mnogih majhnih škatlic, razdeljenih z nekakšnimi pregradami.

Takoj, ko sem razločil te pore (te so bile v resnici prve mikroskopske pore, ki sem jih bil kdaj videl, in morda tudi prve, ki jih je kdorkoli videl, saj ne poznam nobene osebe ali pisca, ki bi jih prej omenil), sem pomislil, da z odkritjem por lahko pojasnim pravi in utemeljeni razlog za vse lastnosti plute, in sicer:

Prvič, če sem se vprašal, zakaj je pluta tako izjemno lahka snov, mi je moj mikroskop pokazal, da je razlog enak kot za lahkost pene, praznega satja, volne, spužve, plovca in podobnega: namreč, zelo majhna količina trdne snovi zaseda izjemno velik prostor.

Drugič, ni mi bilo težko pojasniti, zakaj je pluta snov, ki ne vsrka in ne vpije vode, in zato plava na vodi, tudi če jo pustimo tam zelo dolgo, in zakaj pluta zapre in zadržuje zrak v steklenici, čeprav je zrak zelo stisnjen in zato zelo močno pritiska, da bi našel prehod, vendar niti najmanjši mehurček ne preide skozi pluto. Naš mikroskop pokaže, da je substanca plute popolnoma napolnjena z zrakom, in da je zrak popolnoma zaprt v ločenih škatlicah ali celicah. Zelo jasno je, zakaj ne voda ne zrak ne moreta z lahkoto prodreti v celice, saj te že imajo vsebino, in zakaj so posledično kosi plute tako dobri plovci za mreže in zamaški za steklenice in druge posode.

In tretjič, če se vprašamo, zakaj je pluta tako prožna, če jo stisnemo, in zakaj prenese tako močno stiskanje in popačenje oblike ... pa se ponovno raztegne v prvotno obliko, nam naš mikroskop z lahkoto pokaže, da je celotna masa sestavljena iz neskončne skupnosti majhnih škatlic ali mehurjev zraka, ki je stisljiva substanca. ... Poleg tega je zelo verjetno, da so tudi tiste stranske pregrade por prožne, kot vse druge rastlinske substance, da jim pomagajo povrnitev v prejšnji položaj.

Vrnimo se k našim opazovanjem. Preštel sem več vrstic teh por in ugotovil, da so te običajno tako majhne, da se okoli pet ducatov celic umesti v dolžino osemnajstine palca (ducat – dvanajst; palec  – 2,54 cm; op. prev.). Zaključil sem, da jih mora biti skoraj enajst stotin ali nekoliko več kot tisoč v dolžini enega palca, in tako v kvadratnem palcu več kot milijon ali 1166400, in v kubičnem palcu več kot dvanajst stotin milijonov ali 1259712000, kar bi bilo skoraj neverjetno, če nas o tem ne bi bil prepričal naš mikroskop z okularnim prikazom ...

Ne s svojim mikroskopom, ne s pihanjem in ne s katerimkoli drugim načinom, ki sem ga doslej preizkusil, nisem mogel odkriti prehoda od ene teh votlinic do druge. Vendar zaradi tega ne morem zaključiti, da take povezave, po katerih bi lahko tekel Succus nutritius ali ustrezni sokovi rastlin, ne obstajajo. Namreč, v nekaterih zelenih rastlinah sem s svojim mikroskopom dovolj jasno odkril, da so te celice ali luknjice napolnjene s sokovi, ki so ob segrevanju izpareli. Podobno sem v zelenem lesu opazil dolge mikroskopske pore, ki pa v oglju izgledajo popolnoma prazne in napolnjene samo z zrakom ...

Prevod: Barbara Vilhar (Hookov opis plute povzet po ponatisu v knjigi Gabriel ML, Fogel S. 1955. Great Experiments in Biology. Prentice-Hall, Englewood Cliffs). Zahvala prof. dr. Tonetu Wrabru za pomoč pri prevodu nekaterih latinskih izrazov.


 

 Hookov in sodobni prikaz plute

Iz Hookovega besedila lahko izvemo kar precej o njegovem pristopu k znanstvenemu delu in razmišljanju. Poglejmo si torej nekaj zanimivosti.

Hooke je zelo natančno opisal postopek priprave rezin in opazovanja pod mikroskopom. Torej je bil zanj podroben opis poskusa pomemben del znanstvenega besedila, kar morda niti ni presenetljivo, če pomislimo, da je bil zaposlen kot eksperimentator. Vendar je bil takšen pristop v Hookovem času napreden in Hooke je s svojim delom veliko prispeval k sprejetju poskusa kot temelja znanosti.

Zgradbo plute je izčrpno opisal in narisal tudi dve skici - vzdolžni in prečni prerez celic. Očitno se je Hooke dobro zavedal trodimenzionalnosti preučevanega tkiva, kjub temu, da je uporabil zelo tanke rezine. Dandanes študentje pogosto razlagajo svoja opažanja pod mikroskopom brez upoštevanja trodimenzionalnosti tkiva, kot da bi bile rezine neskončno tanke geometrijske ravnine in ne del tkiva.

Hooke je poskušal najti povezavo med mikroskopsko zgradbo in fizikalnimi lastnostmi plute. Svoja spoznanja o zgradbi plute je poskušal povezati tudi  s svojimi opazovanji drugih rastlinskih tkiv. Hooke je izjemno široko, sistematično in logično razmišljal o svojih poskusih. S takim pristopom je prišel do pronicljivih zaključkov. Pravzaprav je vse, kar je zapisal, pravilno. Res je, da so stene celic plute neprepustne. Danes vemo, da pluto sestavljajo mrtve celice, katerih celične stene so prepojene z vodoodporno snovjo suberinom. Ravno tako drži, da celice v drugih rastlinskih tkivih vsebujejo "sokove" - citosol in vakuolni sok, in da v takšnih živih tkivih obstajajo medcelične povezave. Majhna opomba, da celični sokovi ob segrevanju izparijo, kaže na to, da je Hooke izvedel celo vrsto poskusov, o katerih ni kaj dosti zapisal.

Hooke je zelo natančno izmeril velikost celice - ocenil je celo celično prostornino. Tudi to je zelo napreden pristop. Poskus in meritev je kot temelj znanosti ustoličil Galileo Galilei, ki se je rodil 71 let pred Hookom. Galilejevo geslo je bilo: "izmeriti, kar je merljivo, in napraviti merljivo tisto, kar ni merljivo". To načelo, ki mu je Hooke s svojim delom popolnoma sledil, je temelj današnje znanosti. Hooke je tudi popolnoma zaupal poskusu kot načinu za pridobitev novih znanstvenih spoznanj. Sicer se je čudil, kako majhne so celice in kako veliko jih je v majhnem koščku plute, vendar je tako zgradno neizpodbitno pokazal njegov poskus, zato je rezultat svojih opazovanj sprejel kot znanstveno dejstvo.

Hookov slog pisanja je jasen in sistematičen. Tudi po 350 letih je besedilo popolnoma razumljivo, čeprav zveni malce arhaično. Izvemo, kako je poskus potekal, kakšni so rezultati in kakšni so zaključki. Če bi besedilo spremenili samo toliko, da bi zvenelo bolj sodobno, ne da bi bistveno posegali v vsebino, bi ga lahko danes objavili v znanstveni reviji.

 

Kdo je bil Robert Hooke?

Zeleni škrat je malo pobrskal po literaturi in ugotovil, da je Roberta Hooka zelo težko na kratko predstaviti. Mogoče bi šlo takole:

Britanski znanstvenik Robert Hooke (1635-1703), ki je bil sodobnik Isaaca Newtona (1642-1727),  velja za enega največjih izumiteljev svojega obdobja, z izjemnim darom za mehaniko.  Zaradi širine in obsega njegovega dela mu Britanci pravijo kar britanski Leonardo. Med drugim je raziskoval gibanje nebesnih teles in sestavil prvi gregorijanski teleskop. Izumil je vakumsko črpalko, ki jo je uporabljal Robert Boyle (1627-1691) pri raziskovanju plinov. Leta 1678 je formuliral Hookov zakon, ki ga poznamo iz fizike (ja, to je isti Hooke) in opisuje raztezek snovi pod vplivom zunanje sile. Izumil je tudi predhodnika polžaste vzmeti v sodobnih urah. Biologi se ga spominjajo predvsem zaradi prvega opisa in poimenovanja celice v knjigi Micrographia leta 1665. V Razpravi o potresih (Discourse on Eartquakes), ki je bila objavljena po smrti, je Hooke poskušal razložiti geološke mehanizme, ki določajo razporeditev fosilov. Žal ne poznamo nobenega portreta Roberta Hooka. Obstaja sicer nekaj možnih portretov, vendar za nobenega ne vemo zanesljivo, da upodablja Hooka.

Zeleni škrat je poskušal urediti seznam Hookove obsežne znanstvene zapuščine. Pa si poglejmo, kaj je Hooke počel, da mu ni bilo dolgčas. (Opomba: Za nekatere od navedenih stvari Zeleni škrat ni uspel ugotoviti, ali je bil Hooke res prvi, ki si jih je izmislil, ali jih je samo izboljšal - različni viri navajajo različne podatke. Vendar se je Hooke vsekakor ukvarjal z vsemi naštetimi temami.)

Robert Hooke je bil prvi poklicni eksperimentalni znanstvenik v Britaniji. Štirideset let je vsak teden demonstriral tri ali štiri poskuse za britansko akademijo znanosti The Royal Society. Prikazoval poskuse s področij kemije, astronomije, biologije, mikroskopije in medicine.

Bil je utemeljitelj mikroskopske biologije in je prvi uporabil izraz "celica" (Micrographia, 1665). Skonstruiral je enega najboljših mikroskopov svojega časa. Izumil je zaslonko in jo pritrdil na mikroskop. Izboljšal je vir svetlobe za mikroskopijo in uporabil mikrometrsko merilce na mikroskopu. Prvi je opisal nekatere praživali.

Razpravljal je o geoloških mehanizmih, ki uravnavajo porazdelitev fosilov v geoloških plasteh. Dvesto let pred Darwinom je oblikoval preprosto hipotezo o evoluciji – menil je, da so fosili prazgodovinska bitja, od katerih so nekatera že izumrla.

Formuliral je zakon o povezavi med zunanjo silo in raztezkom (v fiziki znan kot Hookov zakon). Izumil je različne izboljšave ur (polžasta vzmet, kotvica, krožni vztrajnik). Prvi je opazil in postavil domnevo o Brownovem gibanju - ta pojav je150 let kasneje ponovno odkril Robert Brown. Hooke je bil tudi dober glasbenik in se je ukvarjal z zvokom. Ugotovil je, da zvok potuje po žici in okoli vogalov. Določil je frekvenco tona C (272 udarcev na sekundo).

Hooke je predstavil teorijo gibanja planetov kot mehanski problem in demonstriral eliptične poti planetov okoli Sonca na osnovi praktičnih primerov (prvi je to ugotovil Kepler). Predstavil je argumente, da je Zemlja podolgovat sferoid, ne pravilna krogla, z različno gravitacijo na različnih lokacijah. Postavil je hipotezo, da Zemljini magnetni poli niso stalni, ampak se njihov položaj s časom spreminja, ter da je bila prvotna Zemlja v tekočem stanju. Odkril je Jupitrovo rdečo pego, prvi je poročal o vrtenju tega planeta in izmeril čas rotacije. Odkril je nov planet (danes poimenovan Uran) in o tem poročal leta 1673. Žal je bilo to odkritje pozabljeno (planet je ponovno odkril  William Herschel leta 1781). Odkril in dokazal je, da so kometi periodični (na primeru Halleyevega kometa). Verjetno je Hooke odkril periodičnost pred Halleyem. Opazoval je Sončne pege, ki jih je odkril Galileo.

Robert Hooke je trdil, da je prvi ugotovil, da je učinek gravitacije obratno sorazmeren s kvadratom razdalje. O tem naj bi obvestil Newtona,  ki je bil boljši teoretik kot Hooke in je to odkritje uporabil za svojo matematično utemeljitev gravitacije. Newton Hookovega prispevka nikoli ni hotel priznati, kar je vodilo v hudo sovraštvo med obema naravoslovcema.

Hooke je uvedel več izboljšav za teleskope, za katere je sam izdeloval leče. Skonstruiral je prvi ekvatorialni kvadrant (inštrument za merjenje višine zvezd na nebu), izumil in naredil prvi helioskop (napravo za opazovanje Sonca) in izumil križec v teleskopu za določanje smeri opazovanja. Razvil in izboljšal je mikrometerski mehanizem, ki ga je uporabil na teleskopih in drugih merilnih inštrumentih.

Prvi je ugotovil, da ima svetloba lastnosti valovanja (Newton je menil, da je svetloba sestavljena iz delcev). Opazil je mavrične pojave okoli objektov pod mikroskopom in izumil refraktometer za meritev lomnega količnika svetlobe.

Načrtoval in izdelal je vakumsko črpalko, ki jo je uporabil Robert Boyle za študij plinskih zakonov. Možno je celo, da je Boylu posredoval svoje ideje o stisljivosti plinov. Prvi v Angliji je izvedel poskuse o vplivu znižanega zračnega pritiska na človeško telo, pri čemer je uporabil svojo valumsko črpalko in  lastno telo kot poskusnega zajca. Predlagal je hipotezo, da z dihanjem "nekaj iz zraka" vstopi v krvni obtok in se prenese do vseh delov telesa.

Robert Hooke je bil tudi utemeljitelj metereologije. Izumil je pet inštrumentov za spremljanje vremena. Prvi v Angliji je skonstruiral napravo za merjenje moči vetra, izumil je nov model barometra in prvi higrometer za merjenje vlažnosti ozračja (na osnovi opazovanja dlake iz kozje brade pod mikroskopom). Izpeljal je prve poskuse za določanje nadmorske višine z aneroidnim barometrom (danes je v uporabi za višinomere za planince) in predlagal temperaturno ničlo na točki tališča vode.

Robert Hooke ni bil samo vsestranski naravoslovec in izumitelj, ampak tudi arhitekt več deset stavb v Londonu. Bil je eden izmed treh nadzornikov ponovne izgradnje Londona po velikem požaru 1666, ko je zgorelo 13000 hiš in 87 cerkva. Tako je Hooke pomembno prispeval k novi urbanistični zasnovi Londona. Lastnoročno je izdal potrdila za temelje najmanj 2000 novih stavb, ki si jih je moral vse ogledati na dejanskem mestu gradnje. Načrtoval in zgradil je londonski Požarni spomenik, ki je bil 62 m visok in tako najvišji prosto stoječ dorski steber na svetu; uporabil ga je za poskuse v zvezi z meritvami zračnega pritiska. Demonstriral je načelo krivulje verižnice in njeno uporabo v arhitekturi, s čemer je izboljšal konstrukcijo londonskih zvonikov. Svojemu prijatelju, znamenitemu britanskemu arhitektu Christopherju Wrenu, je predlagal dvojno kupolo pri gradnji londonske katedrale Svetega Pavla. Verjetno je prispeval tudi k načrtu za znamenito galerijo The Whispering Gallery v tej cerkvi,  ki ima izjemne akustične lastnosti.

Bil je pionir novega načrtovanja bolnišnic za duševno bolne. Uvedel je ergonomska načela in bolnikom prijazno okolje. Zgradil je prvi prototip respiratorja in izumil ušesno trobljo kot pripomoček za ljudi s slabim sluhom. Imel je idejo o injekcijski igli na osnovi mikroskopskih študij žgalnih laskov pri koprivi.  Prvi je naredil živosrebrni amalgam, ki je gnetljiv, ampak se hitro strdi. Ta je bil kasneje ponovno odkrit in uporabljen za zobne plombe.

Robert Hooke je tudi izumil potapljaški zvon, razvil je prvi zunanji ladijski gredelj in izumil sonar za merjenje globine. Predlagal je napravo za merjenje razdalj, ki jih prepotujejo ladje na morju, in skonstruiral napravo za natančno merjenje časa na morju (ta problem je sto let kasneje rešil John Harrison). Hooke je predlagal metodo za telegrafijo na osnovi teleskopov in signaliziranja ter uporabo mikroskopsko majhnih točk črnila za prenos skrivnih sporočil. Izumil je vodno tehtnico (napravo za določanje vodoravnosti), prvi zahodni računalnik (stroj za računanje), vodoravno jadro za mline na veter, zračno puško in kardanski zgib za prenos gibanja med gredema pod različnimi koti. Izboljšal je sistem za risanje zemljevidov in razglabljal o proizvodnji umetne svile s predenjem niti iz želatinastih snovi dvesto let pred izumom umetnih vlaken.

 

Časovni stroj

Robert Hooke (1635-1703) je nadaljeval dediščino Galilea (1564-1642), ki je zagovarjal poskus in meritev kot temelj znanosti. Za Roberta Boyla (1627-1691), ki je preučeval lastnosti plinov, je izumil in izdelal vakumsko črpalko. Z Isaacom Newtonom (1642-1727) je bil Hooke celo življenje v sporu zaradi svojega domnevnega prispevka k teoriji gravitacije, ki ga Newton ni hotel priznati. Hooke si je dopisoval z drugim pomembnim konstruktorjem mikroskopov svojega časa - nizozemskim znanstvenikom Antonyjem van Leeuwenhoekom (1632-1723), ki je tudi prišel na obisk k Hooku v London.

 

sodobniki Roberta Hooka

Robert Hooke je poimenoval celico. Vendar je preteklo kar 170 let do oblikovanja celične teorije - spoznanja, da so vsi živi organizmi zgrajeni iz celic in da je celica osnovna enota živih organizmov. To teorijo sta objavila dva nemška znanstvenika, ki sta bila sodobnika Charlesa Darwina (1809-1882). Leta 1838 je dokaze, da celična teorija velja za rastline, objavil Matthias Schleiden (1804-1881), leto dni kasneje pa je Theodor Schwann (1810-1882) utemeljil celično teorijo za živali.

 

Opomba Zelenega škrata: Zeleni škrat opozarja, da je v učbenikih in drugi literaturi pogosto napačno zapisan priimek Hooke, namreč brez "e" na koncu besede.

Povezave

Robert Hooke: stran o življenju in delu Roberta Hooka

Some significant dates - zgodovina biologije in naravoslovja; kronološko urejeni kratki opisi mnogih odkritj, s povezavami na druge spletne strani o zgodovini biologije (v angleščini)

Avtor te strani: Barbara Vilhar

Zadnja sprememba strani: 20.08.2005

Zeleni škrat    Poskusi sam    Radovednež    Drobnogled    Kino    Študentov škrat    Ropotija    Povezave 

Kdo je Zeleni škrat?   Avtorji in pravica do uporabe   Piši Zelenemu škratu                                Išči