……无论在哪里我发现什么稀奇现象，我认为自己的责任就是把我的发现记在纸上，以便让所有的聪明人都能知道。
——列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek，1632—1723）
最终完成哈维血液循环理论的人是马尔比基。马尔比基1628年出生，正是哈维的著作《心血运动论》出版的同一年。马尔比基是一位新型的科学研究者。17世纪的“显微学家”很少关心大思想和大理论，他们面前的世界非常之小，小到就是眼睛面前的一些“事实”。在很大程度上，他们正行进在发现的旅程中。他们没有过去的哲学包袱，只是记录他们眼睛能够看到的，无意去纠正旧信念或创建新信念。
没有人准确知道第一台真正的显微镜是什么时候发明的。透镜的使用可以追溯到亚述人，比希腊时代还要早得多。罗马作家和哲学家塞涅卡（Lucius Annaeus Seneca，公元前4—65）曾经记下他的这一发现，把装有清水的球体放在适当位置，就可以把字放大。托勒密写过一篇光学论文。在意大利古都庞贝和古代亚述首都尼尼微的废墟中曾发现磨过的透镜（Ground lense）。13世纪的炼金术士和作家培根（Roger Bacon）写过关于折射光的光学特性和各种透镜的放大性质的书。1558年，瑞士博物学者盖斯纳（Konrad Gesner，1516—1565）用放大镜研究过蜗牛壳。
许多历史学家把荷兰显微镜制造者简森（Zacharias Janssen，1580—1638）看成是第一位用复合透镜来增加放大能力的人。第一台这样的复合显微镜也许是大约1590年生产的。到了17世纪中叶，诸如此类的各种显微镜已经在一群小范围的专业科学家手中流传，用来观看人类从未见过的东西。就像伽利略用望远镜作出的发现一样，他们的工作也为透视自然界及其奥秘增加了一个重要的新窗口。路易斯十四的御医波拉尔（Pierre Borel，1620—1689）写道，在显微镜的帮助下，“不起眼的昆虫变成了庞然怪物……无数的东西被发现……新的世界打开了”。
马尔比基与毛细血管
早期伟大的显微学家之一马尔比基，在意大利博洛尼亚大学接受教育，1656年在那里获得医学学位。博洛尼亚的气氛是沉闷和保守的，例如，要求医学学位候选人宣誓，如果他们给没有公开承认和宣布自己是虔诚天主教徒的病人治病超过三天，就甘愿接受失去学位的处罚。马尔比基总是不愿服从这样的管教，于是，他离开了博洛尼亚大学，不久成为比萨大学的教授。在这里他与思想前卫的数学家和解剖学家波雷里（Giovanni Alfonso Borelli，1608—1679）交上朋友；他们的友谊持续了许多年，两位科学家都因此互受激励。马尔比基和波雷里在一起完成解剖实验，长时间讨论伽利略和笛卡儿的先进思想，并始终保持通信联系。波雷里在显微镜的帮助下，有了一些新发现。马尔比基很可能在比萨就开始专门从事显微镜研究。然而，由于个人问题，最终他还是不得不返回博洛尼亚，他的余生大部分用于教学和显微镜观察。
从学生时代起，马尔比基就已经对哈维的工作有了深刻的印象。他是哈维的热忱羡慕者，钦佩哈维在血液循环问题上的细致工作，但是哈维严谨的论证中仍有一个重大缺陷：为了使身体内部血液的流动“形成一个循环”，在动脉和静脉之间一定还存在着某些联系——然而这一联系从未有人发现过。哈维的大多数追随者都假定这一联系一定存在，只是一直没有得到证实。
马尔比基在1660年和1661年所做的一系列实验和显微镜观察为此提供了关键线索。他先是研究狗的肺，然后转向对几百只青蛙和蝙蝠进行解剖和显微镜观察，从而证明血液在肺里的流动经过了复杂的网络。这对最终理解呼吸作用至关重要，因为这样就容易理解空气是如何从肺部扩散到血液中，以及如何通过血液输向整个身体的。
然后，马尔比基作出了重要的发现：在用显微镜研究蝙蝠的翅膀膜时，发现了微型血管（后来叫做毛细血管）的存在，正是这些细得肉眼看不见的毛细血管，把可见的最细动脉和可见的最细静脉连接起来，正是这一发现最终使哈维的循环理论得以成立。他又用显微镜对许多青蛙作了更多的观察，进一步验证了自己的发现。（他在给波雷里的信中评论说，他感到似乎“用尽了几乎整个青蛙种族”。）他甚至突然想出了一个聪明的办法，把水注入肺动脉，观察它如何进入肺静脉。实际上，他把肺里的血洗净了，于是肺组织变得透明，毛细血管也看得见了。他证明了哈维是正确的。
但是马尔比基的工作并不限于这一主要发现。他还把显微镜转向研究植物解剖学和动植物的发育解剖学。他研究了鸡的胚胎，不过，他的结论有误导性。尽管在许多细节上，他的工作还是非常精细，但他的观察却导致他错误地相信：他发现了小鸡在鸡蛋里的发育形式，而这只鸡蛋根本就未被母鸡孵化过。这导致他和其他人得出相同结论，认为他为一种古老的观点提供了一个证据：新的生命体以某种完整尽管微小的形式，已经存在或预存于精子或卵内。当时在某些书中已经有这样的插图：精子细胞中存在完全成形的微型人体。于是，这一古老的哲学思想一时间得到了它不应该得到的科学认可。
格鲁看到了植物组织
并不是所有17世纪的显微镜专家都如此重点关注动物生理学，最活跃的显微镜专家之一，格鲁（Nehemiah Grew，1641—1712）是英国植物学家和医生，他主要把显微镜用于观察植物（马尔比基偶尔也把显微镜用于研究植物解剖学和动植物发育解剖学）。
博物学落后于物理学和天文学有许多理由。首先，这个领域很复杂，相比于物理科学，博物学家需要在更多的领域打好根基和掌握专门技术。为了认识生物，他们需要化学和仪器作为帮手，但这些尚未得到开发。他们需要分类系统。他们还需要详细考察形态学、比较解剖学和生理学的方法。再有，在考虑到博物学时，人们发现，摆脱人类中心主义的观点更为困难。直到17世纪末，生物科学家才开始意识到，探讨翅膀如何工作或研究植物的茎，都有其内在的价值。只有到这个时候，他们才开始把这些追求看成有其本身价值，它不在于为人类某些实际目的服务，而在于为了知晓自然的机制。几个世纪以来，解剖学和生理学的研究，包括对人类和动物研究，都是医学的仆人，它的价值只在于满足医学需要。关于植物栽培及其植物学知识，仅当它用于食物或草药时，才被认为是有用的。生物学的这些偏见实在难以摆脱。
格鲁及其他人用现在大家熟悉的比喻，把宇宙的机械论观点与宗教调和在一起，这就是说，钟表由伟大的钟表大师设计制作并投入运转。而上帝就像那位钟表大师，创造了所有的部件，并使之运转。格鲁写道：“自然就是一部大机器，由上帝之手创造和控制。”
这一观点与人类中心主义观点不谋而合，所以，打算建立一种内在有效的科学研究方法的格鲁，甚至相信植物都是有“美德”（Virtue）的。哥白尼也许证明过宇宙并不围绕地球旋转，但是在博物学家眼里，人类仍然处于自然的中心位置，动物学家研究动物解剖学就是以人体作为参考。英国皇家学会试图鼓励在农业中运用科学方法，这是一个积极的步骤，但谈不上激进，肯定不能和科学革命相提并论。所以，这样的指导对生物学家摆脱旧观念无济于事，而与此同时，他们在物理科学领域的对手却由于依赖观察和实验已经取得了成功。
格鲁承认博物学家需要更激进些。在1672年出版的《植物哲学史》（PhilosophicalHistory of Plants）一书中，格鲁提出了一个植物生命的研究纲要，试图为真正理解植物的生命史而创造条件：
“首先，植物，或者它的任一部分，生长靠的是什么手段，种子又是如何长出根和茎……植物所需的养料又是怎样及时地在不同部分制备的……它们不仅在大小，而且在形状上，怎么会有如此之显著的差异……然后询问，它们为什么会有各种不同的运动；为什么根向下生长，且这种生长有时垂直，有时更呈水平向：为什么茎总是向上生长，且这种生长在不同的季节会有不同的长势……再有，什么决定了它们的生长季节；什么决定了它们的生活周期；为什么有些是一年生，有的是二年生，有的是多年生……最后，种子又是如何储备形成和适于传播的。”
在试图回答这些问题时，格鲁对植物解剖学的研究使他成为最早认识到花是植物生殖器官的人之一。他还认识到花朵是雌雄同体的，也就是说，在一朵花中同时含有两种性器官。格鲁认识到了雌蕊和雄蕊在生殖过程中的作用，他还证实了雄蕊产生的花粉粒，其作用相当于动物中的精子细胞。
不同于他的同事，格鲁突破了传统的研究方法，运用化学中常用的实验方法，观察这些技术（如燃烧、焙烧和蒸馏）产生的效果。遗憾的是，由于受时代限制，他只能使用欠完善的实验室工具，从原始粗糙的技术装备到低劣的显微镜透镜，于是，他的许多雄心勃勃的研究计划只好搁浅。
斯瓦姆默丹考察昆虫
与此同时，荷兰博物学家斯瓦姆默丹（Jan Swammerdam，1637—1680）把显微镜镜头转向昆虫王国。在他悲剧性的短暂而痛苦的一生中（他患有忧郁症，情绪常常起伏不定），研究了3 000种以上的昆虫。出于对秩序和归类几乎有着难以克制的冲动和着迷，他还解剖了人和动物的尸体，从而成为一名比较解剖学专家。1667年，他获得医学学位，但从未正规行医。尽管他因发现红血球（后来才认识到它是血液中的携氧结构）而著名，但斯瓦姆默丹的大部分工作还是在昆虫方面，他因此而赢得世界上第一位真正昆虫学家的美名。在和数千种微小昆虫打交道的过程中，他首创了许多新的解剖用具并且建立了十多种适合于微观操作的新工具。在考察他尤为喜爱的实验对象（蜜蜂）时，他最先发现“蜂王”实际上是雌蜂；发出嗡嗡声的是雄蜂；其余的普通蜂都是中性的，斯瓦姆默丹称之为“工蜂”。
当斯瓦姆默丹在1673年参加一个极端狂热且隐秘的宗教朝拜后，他的科学生涯就此终止，但是他的私人动物博物馆（他曾经试图把它跟他的仪器以及书籍一起出卖，但没有成功）收藏的数千种昆虫，经仔细的解剖后全都陈列了出来。由于病痛、超负荷工作，他于1680年去世（时年仅43岁）。尽管他的大部分著作在生前没有发表，不过有关昆虫解剖的工作还是以文集形式分两卷于1737—1738年间出版，书名为《自然界圣经》（Biblia naturne）。后来，这些著作被公认是18世纪昆虫微观解剖学的最佳研究成果。
插图大师胡克
作为一名物理学家，胡克因其对弹性的研究和他跟牛顿的争论而闻名于世，但他同时也以生物学家而闻名于世。他对昆虫的显微研究仅次于斯瓦姆默丹，1665年他第一次观察到了细胞。他的著作《显微术》（Micrographia）出版于1665年，内有不少精确而美丽的素描，展示了显微研究的成果，共57幅——大部分是胡克本人所作，少部分也可能出自著名建筑师雷恩（Christopher Wren，1632—1723）之手——它们显示了诸如此类般的奇迹构造，例如苍蝇的眼睛、蜜蜂刺的形状、跳蚤和虱子的解剖图、羽毛的结构以及霉菌的形状。
《显微术》中还有胡克的化石理论（当时颇有争议，但后来证明是对的）、他对光和颜色的详细理论，以及他对呼吸和燃烧的观点。他最有名的显微观察是他发现和研究了软木植物的蜂房结构，他称之为“细胞”（cell），因为它们很像修道院里修道士的单人住房（monasticcell）。他在许多植物中观察到了类似的结构，认为“细胞”也许可以充当某种通道使液体流遍全身，正如动脉与静脉在动物体内扮演的角色那样，为血液流动提供管道。
列文虎克的“可怜的小生灵”
毫无疑问，17世纪最突出的显微镜专家是自学成才的荷兰显微镜制造者列文虎克，许多人称之为17世纪最伟大的业余科学家和显微镜专家。1632年10月24日，列文虎克出生于荷兰的代夫特，他的父亲是制篮匠，母亲是啤酒商的女儿（代夫特这个独特的古城以精美的瓷器和啤酒著称）。列文虎克的童年平平淡淡。他小时父亲就去世了，母亲改嫁，但他却幸运地在一个相当标准的文法学校接受了正规教育。16岁时，他被送到阿姆斯特丹当布料商的学徒工，学做纺织品生意。他大部分时间是当出纳员。1654年，他结束学徒生活，回到代夫特，开始自己的纺织品生意。22岁结婚，有两个孩子。由于经商有道，他被任命为这一小城市的市政管理员。表面上，他是典型而且相当成功的小城市商人，和代夫特安静的街上其他几十户中产阶级店主没有什么区别。他因守时正派而受人尊敬。他衣着得体，举止合乎礼仪，廉洁奉公。
然而，不知何故，列文虎克开始制作起显微镜来了。也许是他的一种爱好，也许是生意上的需要——按惯例，负责的布料商常用放大镜检查亚麻布的质量。不知何时，他把透镜从检验亚麻布转向其他东西。不过，可以肯定地说，这一转变一定很早就开始了。他所制作的几百台工艺精良的显微镜，如此精湛，远超过布料商的简单需要。列文虎克的显微镜都是单透镜的。当时双透镜或复合显微镜虽然功能很强，却受色差现象所干扰：观察到的每件东西周边都被一层颜色所包围。这一现象令人难以看清细节，有时甚至根本就不可能看清。看来关键就在于制作出单透镜显微镜，其放大倍数不低于复合透镜，但没有色差问题。列文虎克开始着手制作一个单透镜，先是小心地把透镜磨制成一个小玻璃珠子，再把它嵌入黄铜盘上的一个洞眼里，然后把待研究的物体放在适当的位置，离开透镜的距离可以用不同的活动销来调节。当显微镜被使用时，在大部分时间里要握住整个仪器使它对准光，然后通过它观看。列文虎克的透镜微小而又接近球形，具有很高的放大能力——其中有一个如今还保存着，可以把物体放大到原来的275倍——但是这也要求强光聚焦，往往会引起严重的眼睛疲劳。
1673年，医生和解剖学家格拉夫（Reinier de Graaf，1641—1673）给伦敦的英国皇家学会写了一封信，人们这才首次意识到列文虎克在制作和运用显微镜方面有着独特才干。尽管格拉夫已经患病，但他还是以自己的科学工作赢得了可靠的名声。他的信表明，默默无闻的布料商，列文虎克制造出了他所见过的最好的显微镜。这一消息立刻引起学会主席的注意，格拉夫还附上列文虎克给他的一封信，信中描述了列文虎克的一些活动和观察：他用显微镜观察霉菌、蜜蜂的口部和普通虱子等。这些事实令主席大感兴趣，于是他写信给列文虎克，要他提供更多的细节和草图。列文虎克回信说，他可以提供细节，但是他不善绘画，需要有人帮他来画。
列文虎克经常把他的显微镜对着光来进行观察。对于皇家学会来说，这一关系开始可能是一种恩赐——列文虎克以简单口语式的荷兰文写的信，显示了他对科学文件的无知。但是接下来发生在业余科学家和皇家学会之间的通信展示出的却是一项极为投入的事业。全部信件竟达372封之多。在列文虎克一生（1723年他在91岁时去世）中持续进行了50年的通信联系，正是科学史上最不寻常的事件之一。
列文虎克的信采取平淡朴素的方式，信的开头总有一些简单谈话，讲到代夫特的生活、他个人的生活习惯、他那可爱的狗或者生意上的起伏，然后转向描述他那些令人惊奇的各种显微镜下的观察结果。一封信里常常会谈到三或四个不同和不相关的观察——没有按照常规来做——学会秘书则耐心地将其加工成惯常的格式，以供学会成员阅读。如果说，信中关于个人生活的内容是随意漫谈式的，那么他的数百项观察报告则付出了艰苦的努力并相当精确。由于报道迅速，列文虎克成了世界上最著名和最受尊敬的显微镜专家。
在通往微观世界的路上，列文虎克的贡献超过17世纪任何一位学者。正如伽利略在这个世纪的早期，用望远镜扩大了人类对天空和宇宙世界的认识那样，列文虎克则把他的显微镜转向这样一些日常物质，诸如从他自己牙床上刮下的碎屑和一滴水，从而展示了另一个做梦也想不到的维度。和伽利略一样，他看到了人类以前从来没有看到过的事情，并且在这样做的同时，他永远地改变了人类对自然的认识。
尽管列文虎克在通向微观世界的旅程中作出过许多发现，其中包括对马尔比基发现毛细血管的验证和精液中精子的发现，但是最让同代人惊奇的，还是“小动物”的发现。他用显微镜观察一滴水，发现了他所谓的“可怜的小生灵”，那是肉眼看不见的，也是以前想都想不到的。“它们停下了，它们站住不动，看上去像一个点”，他写道：“然后转起来，快得就像旋转的陀螺。它们画出的圆周不大于一颗细沙子。”1676年10月9日的一封信更令人惊奇。他写道：
“在上述三种之间漂流的其他小动物，它们小得不可思议；如此之小，在我看来，我判断，即使把一百个这些小动物撑开摆在一起，也不会超过一颗粗沙子的长度；如果这是真的，那么一百万个这些小生物也够不上一颗粗沙粒的体积。我还发现了第五类，它的厚度相当于上述提及的那种小生灵，但长度几乎是它们的两倍。”
在1683年另一封信里，他写道：
“我习惯每天早上用盐刷牙，然后用水漱口：经常在饭后用牙签清洁牙背，再用布用力擦抹……然而我的牙齿总不够清洁，在我的门牙和臼齿之间有一些东西嵌在里面，或者生长在那里……一种小的白色物质，稠得就像面糊一样……极为诧异的是，我总会看到在这些物质中有许多非常小的活着的小动物，动得非常可爱。”
看来世界充满了生命，要比以前想象的更多。水滴里存在活物，嵌在人的牙缝里的小颗粒中也存在活物！
列文虎克观察到了一个梦幻般的微观新宇宙，那就是原生动物和细菌。他的许多发现直到很多年后才被人们完全理解，但是这位谦逊的布料商耐心细致的方法和永不知足的好奇心，为后人打下了基础，并且在他有生之年，给他带来了做梦也没有想到的荣誉。
1680年，列文虎克被选为皇家学会会员，这是当时世界上最有威望的科学团体。对于一个自学成才的小业主来说，这是人生之路上的一个了不起的飞跃，对于这一荣誉，他几乎有些不知所措。但由于络绎不绝的来访者打乱了他原先平静的生活，他为此而感到不快。在一处他记载，四天里接待了26位来访者。有一天甚至俄国的彼得大帝也来访问，乘坐特制的“运河游艇”沿运河抵达代夫特。列文虎克恭顺地带上一些仪器和样品来到艇上，因为皇家访客不希望引来城里羡慕的人群。
但是，人们的关注并未影响他的工作。1716年，这时列文虎克已经84岁，劳万（Louvain）大学授予他一枚奖章和一首赞美诗，是用拉丁文写的，这一成就相当于今天的荣誉学位。因为他不会读拉丁文，诗是别人念给他听的，他后来在给皇家学会的信中写道，这使他“眼泪夺眶而出”。
直到1723年去世前，他仍然积极工作。他最后一封写给皇家学会的信，是他女儿寄出的，他赠给这一杰出科学家组织一只箱子，里面装有26件最精致和最心爱的银质显微镜。
马尔比基、格鲁、斯瓦姆默丹、胡克以及列文虎克，这些人带给生命科学的不仅是一种新的研究领域，更有一种新的无偏见的研究方法，决不能说这些人缺乏哲学或事先的期待，他们更为关注的是盯着自己的显微镜，去发现和记录他们所看到的，而不是证明或推翻某些古代的或新的理论。除了少数例外，大多数17世纪显微镜专家——不是想要创造让其他人跟从的思想，而是让其他人跟着关注在他们的透镜下可能被发现的事实。他们不是大思想家，但是每人都在为知识库增加积累，以便其他眼光更为宽阔和深邃的人们能够利用这些知识来构造和验证理论，多亏这些显微镜专家，科学获得了一种新的有用的工具，甚至今天，这一工具不仅依然以其简单和基本的形式，而且还以精致的高技术设计形式，继续收集事实并且为我们打开一幅新的令人激动的自然图景。