Das Geheimnis, das Leeuwenhoek so streng hütete, wurde schließlich von Wissenschaftlern gelüftet: Das ist alles?

Im 17. Jahrhundert beobachtete der niederländische Geschäftsmann Antonie van Leeuwenhoek erstmals mit einem selbstgebauten Mikroskop Einzeller und öffnete damit der Menschheit die Tür zur Mikrobiologie.

Leeuwenhoek konnte eine Welt entdecken, die noch niemand zuvor gesehen hatte, da die Vergrößerung seines Mikroskops um ein Vielfaches höher war als die seiner Zeitgenossen. Beispielsweise kann das derzeit auf Lager befindliche Leeuwenhoek-Mikroskop mit der höchsten Vergrößerung Objekte 266-fach vergrößern.

Dieser Mann verriet der Welt die Geheimnisse der mikroskopischen Welt, doch als er gefragt wurde, welche Art von Linsen in seinen Mikroskopen verborgen seien und welches Verfahren zu ihrer Herstellung verwendet worden sei, blieb Leeuwenhoek wortkarg. Die Außenwelt war schon immer sehr neugierig darauf, und selbst Robert Hooke, der erste Pionier, der Zellen mithilfe eines Mikroskops entdeckte, bildet da keine Ausnahme.

Jetzt, mehr als 300 Jahre später, sahen Wissenschaftler der Technischen Universität Delft in den Niederlanden endlich, wie die Linse durch das „266x-Teleskop“ aussah, und gleichzeitig spürten sie eine Spur von Subtilität für Robert Hooke.

Warum weicht es von dem ab, was wir vereinbart haben?

Früher wurden zur Beobachtung des Inneren eines Leeuwenhoek-Mikroskops meist Röntgenstrahlen verwendet, ähnlich wie bei einer Röntgenaufnahme in einem Krankenhaus.

Das Leeuwenhoek-Mikroskop, das Objekte 266-fach vergrößern kann, befindet sich im Universitätsmuseum Utrecht | Referenz 1

Allerdings war die Blende des Leeuwenhoek-Mikroskops zu klein (weniger als 1 mm) und nur ein kleiner Teil der Linse war freigelegt, während mehr als 90 % von der Messingplatte abgedeckt waren. Röntgenstrahlen können Metall nicht leicht durchdringen, daher ist es schwierig, die Form der Linse im Inneren zu erkennen.

Deshalb verwendeten die Wissenschaftler der Technischen Universität Delft keine Röntgenstrahlen mehr, sondern setzten stattdessen auf die Neutronentomographie. Neutronenstrahlen können die meisten Metalle besser durchdringen als Röntgenstrahlen. Neutronen werden durch Elektronen außerhalb des Kerns nicht wesentlich abgeschwächt, während Photonen in Röntgenstrahlen leichter von Elektronen absorbiert oder gestreut werden.

Durch die Emission von Neutronenstrahlen können Wissenschaftler den Inhalt des Leeuwenhoek-Mikroskops mit höchster Vergrößerung sehen, ohne die Artefakte zu zerstören:

Neutronentomographie eines Mikroskops (266x). Der graue Bereich ist dort, wo sich die Linse befindet. Es ist aus allen Winkeln kreisförmig und hat einen Durchmesser von etwa 1,3 mm. Referenz 1

Links ist das Mikroskop (266x) und rechts ist es nach der 3D-Rekonstruktion丨Referenz 1

Die Messingplatte, die die Linse hält, ist sehr dünn und die Position, in der die Linse eingebettet ist, ist vertieft. Auf diese Weise kann die Vorderseite der Linse aus der Messingplatte herausragen und die Linse kann immer näher an die Beobachtungsprobe herangeführt werden. Wissenschaftler glauben, dass „Nähe“ ein wichtiger Aspekt bei Leeuwenhoeks Entwurf war.

Natürlich ist ihnen die Form der Linse wichtiger. Die Abbildung zeigt, dass der Querschnitt der Linse kreisförmig ist, unabhängig davon, aus welcher Richtung man sie betrachtet. Mit anderen Worten, es war eine Glaskugel. Wenn Sie das Objekt durch ein Mikroskop betrachten (das heißt, in der XZ-Richtung in der Abbildung), werden Sie auch eine Glaslinie finden, die die Glaskugel verbindet.

Ein Kreis, verbunden durch eine kurze Linie | Referenz 1

Dieses Ergebnis weicht jedoch stark vom bisherigen Verständnis der Wissenschaft ab. Eine frühere umfassende Studie deutete darauf hin, dass die Linse dieses „266x-Teleskops“ nicht kugelförmig ist, sondern eher wie eine abgeflachte Kugel aussieht (siehe Abbildung unten). Die heutigen Bildergebnisse deuten darauf hin, dass die Linse sphärisch ist und eine Linie hinzugefügt wurde.

Eine Studie aus dem Jahr 1981 legte nahe, dass die Linse eines Mikroskops (266x) dadurch hergestellt wurde, dass man ein Glasrohr in die Form einer Glühbirne blasen und dann den gewölbten Teil am Ende abbrechen ließ. Die resultierende Linse war relativ flach.

Als die Wissenschaftler zusätzlich Bilder mit einem anderen Leeuwenhoek-Mikroskop mittlerer Vergrößerung aufnahmen, stellten sie fest, dass die Linse viel flacher war und eher der Form einer Linse ähnelte.

Bildgebungsergebnisse eines Mikroskops mit mittlerer Vergrößerung (118x) und einer flacheren Linse | Referenz 1

Die Ergebnisse des Forschungsteams wurden in der Mai-Ausgabe der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Die neue Bildgebung durchbricht die alten Erkenntnisse, übersteigt jedoch nicht völlig die Vorstellungskraft der Wissenschaftler. Weil sie den Eindruck einer Kugel vermitteln, die mit einer Linie verbunden ist.

Warum ist es Hooks Plan so ähnlich?

In den 1670er Jahren legte Leeuwenhoek einen Tropfen Teichwasser unter ein Mikroskop und entdeckte, dass viele „winzige Tiere“ darin umherschwammen. Von da an begann er, Briefe an die Royal Society of London zu schreiben, in denen er die „winzigen Tiere“ beschrieb, die er bei der Untersuchung verschiedener Proben sah.

Heute wissen wir, dass er Mikroorganismen gesehen hat. Doch in den Augen der damaligen Menschen waren die im Brief beschriebenen Szenen unglaublich. Darüber hinaus weigerte sich Leeuwenhoek, die von ihm verwendete Ausrüstung offenzulegen, was Zweifel und Spott nach sich zog. Im Jahr 1676 stellte die Royal Society die Echtheit dieser „mikroskopisch kleinen Tiere“ in Frage. Auf Leeuwenhoeks Drängen hin sorgte die Royal Society dafür, dass mehrere hochrangige religiöse Persönlichkeiten seine Beobachtungen überprüften.

Im Jahr 1677 wurde Leeuwenhoeks Entdeckung anerkannt. Doch die Geheimnisse im Inneren des Mikroskops wurden nicht gelüftet. Robert Hooke, der damalige Sekretär der Royal Society und der erste Mensch, der Zellen unter dem Mikroskop betrachtete, ärgerte sich über Leeuwenhoeks Geheimhaltung. Unabhängig von der Politik sind Transparenz und Reproduzierbarkeit wissenschaftlicher Entdeckungen ebenfalls Faktoren, die die Royal Society schätzt.

Im Jahr 1678 veröffentlichte Hooke selbst eine „super einfache“ Lösung:

Halten Sie einen dünnen Glasstab über eine Flamme. Während dieser langsam schmilzt, rollt sich das Ende zu einer kleinen Kugel zusammen. Brechen Sie die kleine Kugel ab und lassen Sie einen kleinen Griff übrig, um die Installation zu erleichtern.

Wissenschaftler rekonstruieren die Form der Linse | Rijksmuseum Boerhaave

Ein kleiner Ball ist mit einer Schnur verbunden. Heute, mehr als drei Jahrhunderte später, haben Wissenschaftler endlich entdeckt, dass die Linse von Leeuwenhoeks Mikroskop, das Objekte 266-fach vergrößern konnte, tatsächlich sehr gut mit Hookes „super einfacher“ Lösung übereinstimmte.

Dieses Schema ist eigentlich eine Variante einer Methode, die 1665 in Hookes Micrographia vorgestellt wurde. Der einzige Unterschied ist der kleine Griff, von dem man laut dem Buch einst dachte, er müsse abgeschliffen werden. Die Popularität von „Micrographia“ war schon vor Leeuwenhoeks gesamter Karriere als Mikroskophersteller vorhanden.

Daher ist es wahrscheinlich, dass bei der Herstellung des „266x-Teleskops“ eher Hookes Methode verwendet wurde als irgendein geheimes Verfahren. Diese Entdeckung brachte das Forschungsteam zu der Annahme, dass Leeuwenhoek seine Geheimhaltung absichtlich gegenüber seinen Konkurrenten ausübte.

Im Jahr 1685 schickte der beharrliche Hooke ein Mitglied der Royal Society ins niederländische Delft, um von Leeuwenhoek einige Einzelheiten über das Mikroskop zu erfahren, jedoch erneut ohne Erfolg. Heute empfinden Wissenschaftler auch ein wenig Ironie für Hooke, denn die Antwort, nach der er gesucht hatte, könnte bereits in seinem eigenen Herzen gelegen haben.

Dennoch waren es Leeuwenhoeks eigene Fähigkeiten, die Hookes Methode zur wirksamsten ihrer Zeit machten. Die Vergrößerung von Leeuwenhoeks Mikroskop wurde erst mehr als 100 Jahre später übertroffen.

Ich kann die Recherche nicht abschließen.

Ursprünglich war Leeuwenhoek ein Tuchhändler, der ein Werkzeug wollte, mit dem er jeden Seidenfaden deutlicher sehen konnte, um seine Qualität beurteilen zu können.

Nach einer Reise nach Großbritannien und der Inspiration durch Hookes „Mikroskopischen Atlas“ entwickelte Leeuwenhoek eine Obsession für das Studium der Mikroskopietechnologie.

Er beobachtete verschiedene Zellen und zeichnete sie, zum Beispiel ist 1-4 Kaninchensperma, 5-8 ist Hundesperma | Anthony van Leeuwenhoek

Er baute im Laufe seines Lebens mehr als 400 Mikroskope, war ein Meister im Polieren von Linsen und beherrschte auch Feuerwerk und das Blasen von Objekten. Zusätzlich zu diesen Routinevorgängen hat Leeuwenhoek möglicherweise einige Werkzeuge erforscht, die Außenstehenden unglaublich erscheinen: Historische Dokumente zeigen, dass er einmal ein Kabeljau-Ei als Linse verwendete, um die umgekehrten Bilder der Dinge um ihn herum zu beobachten.

Allerdings existieren nur noch 11 der über 400 Mikroskope, und Leeuwenhoeks eigene Beschreibung des Herstellungsprozesses ist sehr begrenzt. Daher ist der Außenwelt nur sehr wenig über seine Methoden zur Herstellung von Mikroskopen bekannt und die meisten Informationen müssen noch entdeckt werden.

Die Wissenschaftler schrieben in dem Artikel außerdem, dass das von Leeuwenhoek verwendete Verfahren zur Herstellung von Mikroskoplinsen trotz intensiver Forschung niemals ausgeschöpft werden könne, da kein Verfahren vollständig eliminiert werden könne.

Verweise

[1] Cocquyt, T., Zhou, Z., Plomp, J. und Van Eijck, L. (2021). Neutronentomographie von Van Leeuwenhoeks Mikroskopen. Wissenschaftliche Fortschritte, 7(20), eabf2402.

[2] van Zuylen, J. (1981). Die Mikroskope von Antoni van Leeuwenhoek. Zeitschrift für Mikroskopie, 121(3), 309-328.

[3] Dobell, C. (1932). Antony van Leeuwenhoek und seine „Kleinen Tiere“. Ein Bericht über den Vater der Protozoologie und Bakteriologie und seine vielfältigen Entdeckungen in diesen Disziplinen.

[4] Schierbeek, A. & Rooseboom, M. (1959). Die Vermessung der unsichtbaren Welt: Leben und Werk von Antoni van Leeuwenhoek (Nr. 37). Abaelard-Schuman.

Autor: Li Zi

Herausgeber: Odette