Muitos microscópios de lente única ampliavam entre 6x e 10x, suficiente para ver minúsculos insetos. Esses microscópios ficaram conhecidos como "lupas de pulga", pois pulgas eram os insetos mais comumente observados e interessantes.
Novos usos surgiram com microscópios mais potentes. Em meados de 1600, o cientista inglês Robert Hooke usou dispositivo de 30x para examinar uma rolha e descobriu a célula, unidade básica da vida. Hooke chamou as estruturas reticuladas que viu de "células" por parecerem celas de mosteiros. Também examinou esponjas, penas e organismos marinhos briozoários. Publicou desenhos detalhados no livro "Micrographia" em 1665.
Hooke foi o primeiro a investigar fósseis com microscópio. Comparando conchas fósseis com conchas vivas e madeira petrificada com carvalho podre, descreveu o processo de petrificação da madeira.
No final de 1600 e início de 1700, o draper holandês Antony Van Leeuwenhoek desenvolveu técnicas de lapidação e polimento de vidro para lentes melhores. Fez microscópios manuais de lente única com ampliação até 300x. Observou células sanguíneas, estrutura de levedura, bactérias e minúsculos animais nadando em água que parecia vazia.
Louis Pasteur, fundador da microbiologia, usou microscópios em pesquisas revolucionárias no século XIX. O químico francês é conhecido por desenvolver pasteurização ao descobrir que germes causam doenças. Também resolveu problema em cervejarias: ao examinar amostras de cerveja francesa estragada, encontrou bactérias bastonetes onde deveriam estar células de levedura. Desenvolveu métodos para produzir melhor cerveja cultivando microorganismos "bons".
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