Frühe Mikroskope deckten eine neue Welt der kleinen lebenden Sachen auf

Antoni van Leeuwenhoek hatte im 17. Jahrhundert für einen niederländischen Tuchhändler ein ungewöhnliches Hobby: die Herstellung einfacher, aber exquisiter Mikroskope.

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• Lasst uns jetzt die Erfindung des Mikroskops loben

Seine Heimatstadt Delft in den Niederlanden erlebte ein goldenes Zeitalter des Wohlstands und des kulturellen Wachstums. Die Niederländer hatten kürzlich ihre Unabhängigkeit von Spanien erlangt, und die Nation entwickelte sich rasch zu einer der reichsten der Welt, mit einer starken Marine und einem florierenden internationalen Handel durch die Niederländisch-Ostindische Kompanie. Die neuen Reichen wurden Förderer von Künstlern wie Rembrandt und Vermeer und, befreit von den Zwängen des katholischen Spaniens, begannen die Wissenschaftler, die Natur auf wissenschaftliche Weise zu betrachten.

Zu dieser Zeit sahen Mikroskope nicht mehr so ​​aus wie die, die heute in Labors und Klassenzimmern zu finden waren, und sie wurden nicht viel für die Wissenschaft verwendet. Van Leeuwenhoek und andere Händler benutzten Handmikroskope, um ihre Waren auf Fehler zu untersuchen. Aber mit Zeit und Geld für Freizeitbeschäftigungen begann van Leeuwenhoek mit diesen Mikroskopen zu basteln. Und in den 1670er Jahren wandte er sich lebenden Dingen zu - und eröffnete eine neue Welt. Er war der erste Mensch, der das Innenleben des Körpers auf mikroskopischer Ebene beobachtete und Bakterien, Spermien und sogar Blutzellen durch Kapillaren fließen sah.

Seine Mikroskope, die jeweils kleiner als der durchschnittliche Daumen sind, "hatten eine enorme Wirkung, und dennoch sehen sie erstaunlich einfach aus", sagt Marvin Bolt, Kurator für Wissenschaft und Technologie am Corning Museum of Glass, wo ein seltenes Mikroskop von van Leeuwenhoek ausgeliehen wurde Das Museum Boerhaave in Leiden, Niederlande, ist im Rahmen einer Ausstellung über die Instrumente zu sehen.

Seit dem 14. Jahrhundert wurden in Europa Linsen hergestellt, gekrümmte Glasscheiben, mit denen das Licht fokussiert werden kann, um vergrößerte Bilder von Objekten zu erhalten. Im 16. Jahrhundert begannen die niederländischen Linsenhersteller mit der Verwendung von hochwertigem venezianischem Glas, um Linsen herzustellen, die klarere und schärfere Bilder liefern als je zuvor. Bald benutzte jemand eine solche Linse, um ein einfaches Mikroskop herzustellen, mit dem Objekte vergrößert werden konnten. Dann paarte ein Hersteller konvexe und konkave Linsen, ähnlich wie bei der Herstellung von Teleskopen, und stellte das erste zusammengesetzte Mikroskop her. 1625 wurde der Begriff „Mikroskop“ in einem Buch der italienischen Gelehrten Francesco Stelluti und Federico Cesi geboren, die das Instrument zur Untersuchung von Honigbienen verwendeten.

Robert Hooke, ein englischer Gelehrter, setzte auch einfache und zusammengesetzte Mikroskope ein, um viele Aspekte der natürlichen Welt zu beobachten, einschließlich Flöhe, Pflanzen und Pilze. Seine Micrographia, das erste populärwissenschaftliche Buch, erschien 1665 und enthielt detaillierte Gravuren von Flora und Fauna, die unter Mikroskopen mit etwa 20-facher Vergrößerung beobachtet wurden. Hooke beschrieb auch, wie man ein einfaches Mikroskop herstellt - inspiriert van Leeuwenhoek und andere.

Aber van Leeuwenhoek brachte die aufkeimende Technologie auf ein neues Level und erzielte höhere Vergrößerungen als je zuvor: bis zu 300-mal oder so. Er steckte eine sorgfältig gefertigte Glaskugellinse zwischen die Löcher in zwei Metallplatten, die zusammengenietet waren. Anschließend montierte er die Probe einseitig auf einer Nadel, die mit Hilfe von Schrauben justiert werden konnte. Die Glaslinsen waren der Schlüssel, und van Leeuwenhoek benutzte ein paar verschiedene Techniken, um seine zu basteln - und hütete seine Geheimnisse genau.

In einem zusammengesetzten Mikroskop, wie es heute in einem wissenschaftlichen Labor zu finden ist, sammelt eine Linse in der Nähe des Objekts Licht, um das Bild zu vergrößern, und eine andere Linse im Okular vergrößert das Bild ein zweites Mal. Aber die Bilder in frühen Verbundmikroskopen waren verzerrt. Mit einem einfachen Mikroskop erledigt eine einzelne Linse die ganze Arbeit, und das Objekt, die Linse und das Auge des Betrachters sind alle sehr nah beieinander. In van Leeuwenhoeks winzigem Gerät befand sich das Exemplar nur Millimeter von der Linse entfernt, wodurch ein klares, scharfes Bild für den Betrachter erzeugt wurde.

"Als Sie die Leistung erhöhten, waren Verbundmikroskope zu der Zeit einem guten, einfachen Linseninstrument unterlegen", sagt Raymond Giordano, ein historischer Mikroskopsammler und -händler und Autor von The Discoverer's Lens: Eine fotografische Geschichte des einfachen Mikroskops, 1680 -1880 .

Ein zusammengesetztes Mikroskop mit mehreren Objektiven (1890-1910) (Bild mit freundlicher Genehmigung des Museums Boerhaave) Dieses einfache Mikroskop ist eines der wenigen von van Leeuwenhoek, die es noch gibt. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Museum Boerhaave) Ein zusammengesetztes Mikroskop mit rotierendem Objektträger (1831-1850) (Bild mit freundlicher Genehmigung des Museums Boerhaave) Ein Trommelmikroskop (1750-1755) (Mit freundlicher Genehmigung des Museums Boerhaave) Ein einfaches Mikroskop mit mehreren Linsen (1774) (Mit freundlicher Genehmigung des Museums Boerhaave)

Van Leeuwenhoek untersuchte Proben, die er aus seinem eigenen Mund und aus Wassergläsern entnahm, und stellte fest, dass sie voller sogenannter Animalcules waren. „Wenn sich diese Animalcula oder lebenden Atome bewegten, stießen sie zwei kleine Hörner aus, die sich ständig bewegten“, schrieb er in der ersten wissenschaftlichen Zeitschrift Philosophical Transactions nach der Beobachtung einer Regenwasserprobe im Jahr 1675.

„Robert Hooke hat Teile von Tieren untersucht, die bereits bekannt waren“, sagt Bolt. Dann ging van Leeuwenhoek tiefer, um auf zellulärer Ebene Dinge zu sehen, die noch niemand zuvor gesehen hatte, wie Muskelfasern, Sperma und Bakterien. Er hat wirklich eine Spur hinterlassen. “

Es war so schwierig, ein Exemplar auf seine winzigen Instrumente abzustimmen, dass van Leeuwenhoek normalerweise für jedes neue Exemplar ein Mikroskop herstellte, insgesamt etwa 500 Geräte, obwohl nur etwa ein Dutzend Originale bekannt sind. Er verschenkte einige und viele wurden nach seinem Tod versteigert und landeten in verschiedenen Ländern. Letztendlich ist es jedoch wahrscheinlich, dass viele verloren gegangen oder eingeschmolzen sind.

Van Leeuwenhoeks Ergebnisse waren entscheidend für die wissenschaftliche Revolution und die Entwicklung der wissenschaftlichen Methode. Aber wie bei Galileo mit dem Teleskop würde es fast 200 Jahre dauern, bis Wissenschaftler wie Louis Pasteur dort ankamen, wo van Leeuwenhoek aufgehört hatte.

"Van Leeuwenhoek und seine Zeitgenossen fanden heraus, dass sie Dinge über die Natur entdecken konnten, indem sie nicht überlegten, nicht diskutierten, sondern die Beobachtungen eines anderen beobachteten und dann bestätigten", sagt Bolt. "Die Priorität der Entdeckung war ein neues Konzept, ebenso wie die Reproduzierbarkeit von wissenschaftlichen Erkenntnissen und Objektivität."

Das einfache Mikroskop spielte bis ins 19. Jahrhundert eine wichtige Rolle in der Wissenschaft. Solche Mikroskope „galten lange als etwas, das nur Naturforscher verwendeten“, erinnert sich Giordano und merkt an, dass Charles Darwin ein einfaches Mikroskop verwendete, das er selbst entworfen hatte, das jedoch von allen Wissenschaftlern der damaligen Zeit verwendet wurde.

Das 19. Jahrhundert brachte bedeutende Verbesserungen für Mikroskope mit sich, darunter auch achromatische Linsen, mit denen der Betrachter zum ersten Mal Farben genau sehen konnte. Es gab auch neue Wege, um Proben zu beleuchten und Licht zu kontrollieren, und die Basen von Verbundmikroskopen wurden stabiler. Schließlich begannen die deutschen Chemiker Otto Schott, Carl Zeiss und Ernst Abbe Ende des 19. Jahrhunderts, Glas speziell für Mikroskope wissenschaftlich zu konstruieren. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts tauchten Mikroskope an den High Schools auf.

Mikroskope sind heute mehr denn je verfügbar. Das Internet ist voll von DIY-Tutorials zur Herstellung eines Mikroskops, bei denen eine iPhone-Kamera mit einem kostengünstigen Laserpointer kombiniert wird. Im vergangenen Jahr führte die Stanford University das Foldscope ein, ein einfaches Papiermikroskop, von dem Wissenschaftler glauben, dass es die globale öffentliche Gesundheit, den naturwissenschaftlichen Unterricht und die feldbasierte Citizen Science revolutionieren könnte. "Es ist die logische Konsequenz aus der Geschichte der Mikroskope als Instrumente des Wissens", sagt Bolt, "um sie von wenigen Händen in die Hände vieler Menschen zu bekommen."

„ Unsichtbares enthüllen: Die Geschichte von Glas und Mikroskop “ ist bis zum 19. März 2017 im Corning Museum of Glass in New York zu sehen.