Einleitung

Mit einem Mikroskop ist es möglich, Objekte erheblich zu vergrößern und dann in den kleinsten Details betrachten zu können. Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Entstehungsgeschichte der Mikroskopie, denn nicht zuletzt hat das erste Mikroskop den Beginn der modernen Forschung eingeleitet. Interessanterweise gab es verschiedene Entwürfe, die alle dazu beitrugen, heutige hochwertige Geräte möglich zu machen. Die Zeitreise führt zurück in das 16. und 17. Jahrhundert.

Gelehrtenstreit – Wer hat das erste Mikroskop erfunden?

So eindeutig kann noch immer nicht gesagt werden, wer das erste Mikroskop erfunden hat. Es besteht die Theorie, dass etwa im 16. Jahrhundert ein Brillenmacher in den Niederlanden ein erstes einfaches Mikroskop entwickelt hätte. Da der Schleifvorgang der Linsen zu dieser Zeit jedoch noch sehr aufwendig war, wurden gekrümmte Glaslinsen verwendet, die dann über eine zweite Linse gehalten wurden. Der Abstand sorgte dafür, dass winzige Details geringfügig vergrößert wurden. Verhindert werden konnte jedoch nicht, dass die Linsen uneben waren und im Inneren kleine Blasen aufwiesen. Sie dienten daher eher als bessere Lupe.

Holland oder Italien?

Eine andere Theorie besagt, dass das erste Fernrohr aus den Händen von Galileo Galilei stammt, der damit den Mond erforschte. Er baute gleichzeitig auch das „Occiolino“, das erste zusammengesetzte Mikroskop, das eine konkave und eine konvexe Linse enthielt. Während das Fernrohr große Entfernungen verkleinerte, diente das Mikroskop für nahe Objekte, die einfach nur stärker sichtbar gemacht werden sollten. Das jedoch war für die meisten Forscher zu dieser Zeit kaum interessant. Das Mikroskop als Lupe galt bis ins 18. Jahrhundert eher als Spielzeug.

Das Linsenschleifen als Kunst

Ausgegangen werden kann aber davon, dass zeitgleich mehrere Versuche gemacht wurden, ein Mikroskop zu bauen, das eine stärkere Vergrößerung gestattete. Das Linsenschleifen war eine wahre Kunst und erforderte viel Arbeit und die notwendigen Kenntnisse. Um eine Linse für das Vergrößern von Objekten überhaupt nutzen zu können, musste sie sehr klein und schmal geschliffen werden. Das konnten damals nur wenige. Vorreiter für moderne Mikroskope waren vor allen Dingen Antoni van Leeuwenhoek, Robert Hooke und Christiaan Huygens.

Wegbereiter und Zeitgenossen der Erfinder des Mikroskops

Athanasius Kircher war ein Jesuit und Universalgelehrter, der über viele Themengebiete schrieb. Durch seinen Forscherdrang konnte er die Vermutung aufstellen, dass die Verbreitung der Pest durch „kleine Wesen“ im menschlichen Körper erfolgte.
Kircher gilt zwar nicht als Erfinder des Mikroskops, schuf aber die erste Version der „Laterna magica“, ein Modell mit Drehscheiben und Linsensystem, durch die kleine Bilder vergrößert wurden. Basierend darauf konnten Erfindungen wie das Phenakistiskop und viel später dann auch der Filmprojektor entstehen. Er behauptete, er hätte die Pesterreger im gerade erfundenen Mikroskop erkennen können. Diese Aussage gilt heute als umstritten, da achromatische Linsen noch nicht verwendet wurden.

Geschichtliche Entwicklung – das erste Mikroskop mit Glaslinse

Das erste Mikroskop mit besserer Leistung war ein Lichtmikroskop und wurde etwa Ende des 17. Jahrhundert in Holland erfunden. Das war möglich, weil dort die Glasschleifkunst in voller Blüte stand. Für die Betrachtung von Gegenständen wurden vorher stark gekrümmte Glaslinsen verwendet, die bereits eine leichte Vergrößerung möglich machten. Dabei war die Brennweite jedoch noch sehr kurz. Dazu wiesen die Linsen viele Mängel auf, waren zu dick oder besaßen zahlreiche Einschlüsse. Die Glaslinse musste sehr nahe ans Auge gehalten werden und verzerrte das Abbild gleichzeitig. Je größer der Auflösungsbereich sein sollte, desto schlechter waren die Ergebnisse.

Der Meister des Linsenschleifens – Antoni van Leeuwenhoek

Auf die Idee, die Linse dann in ihrer Oberfläche noch dünner zu schleifen, stark zu verkleinern und diese in eine Halterung einzusetzen, kam der Tuchhändler, Krämer und Naturforscher Antoni van Leeuwenhoek. Er baute ein Modell mit einer winzigen und qualitativ hochwertigen Linse, das den lupenartigen Vorgängern schon weit überlegen war.

Dem Erfinder gelang es, die Linsen für sein Mikroskop so schmal zu schleifen, dass die Brennweite nur etwa 1 Millimeter betrug. Dadurch war eine 270-fache Vergrößerung möglich. Weiterhin stattete er das Mikroskop mit einer Feinmechanik aus, über die das zu betrachtende Objekt richtig positioniert und ruhig gehalten werden konnte. Am Ende saß eine Raute mit Nadelspitze, auf der jedes Präparat genügend Halt fand. Die Linse wiederum war in eine Metallplatte eingelassen.

Erste Entdeckungen durch das Mikroskop

Durch sein Mikroskop geblickt, erkannte Leeuwenhoek u. a. als einer der ersten Forscher, dass auf den Zähnen und im Speichel Bakterien vorhanden waren. Er konnte diese zwar noch nicht als Krankheitserreger identifizieren, das erste Mikroskop ermöglichte jedoch überhaupt die Entdeckung und ebnete den Weg zu weiteren Forschungsmöglichkeiten. Auch half es Leeunwenhoek dabei, Flöhe bei der Befruchtung und Paarung zu beobachten und dann die menschlichen Spermatozoen zu definieren. Weiterhin gelang es ihm, mit Hilfe des Mikroskops das Kapillarsystem detailgenauer zu beobachten und über die Bewegung der roten Blutkörper zu schreiben.

Leeunwenhoek hat einige Entdeckungen gemacht und war auch mit dem Maler Jan Vermeer befreundet. Dessen Bild „Der Astronom“ gilt als ein Portrait des Naturforschers, der die Kunst des Linsenschleifens so gut beherrschte. Insgesamt baute Leeunwenhoek mehr als 500 Mikroskope in nur sehr kurzer Zeit. Seine Linsenbearbeitung und die feine Qualität des Glases, die er erreichte, sind bis heute nicht in allen Schritten bekannt. Wahrscheinlich wurden die Linsen neben dem Schleifen auch erschmolzen oder mit einem Stab aus Kalk-Natron-Glas bearbeitet. Sein Geheimnis hat Leeunwenhoek mit ins Grab genommen. Um eine ähnlich hohe Auflösung zu erreichen, dauerte es 150 Jahre.

Das erste Mikroskop mit zwei Linsen

Etwa zu gleichen Zeit fanden auch andere Versuche statt. Noch war jedoch die Linse weiterhin zu dick, wodurch Verzerrungen und Abbildungsfehler entstanden. Erst der Physiker Robert Hooke entwarf ein Modell mit zwei Linsen, das bereits den heutigen Exemplaren sehr nahe kam. Dieses machte eine 50-fache Vergrößerung möglich, bereitete bei der Scharfstellung der Linsen allerdings Schwierigkeiten und war auch ansonsten relativ lichtschwach. Hooke musste eine Öllampe verwenden, deren Lichtstrahl durch eine wassergefüllte Glaskugel gebündelt wurde. Der Physiker wiederum machte durch sein Mikroskop die Entdeckung, dass Pflanzengewebe aus Zellen bestand und legte den Grundstein für die Cytologie.

Etwas besser war das Modell von Christiaan Huygens, der ein Okularsystem mit zwei Linsen baute, das bereits eine achromatische Korrektur erlaubte. Dadurch waren weniger Farbfehler möglich, wodurch wiederum die Optik verbessert wurde. Noch heute werden Okulare gebaut, die auf dem von Huygens entwickelten Prinzip aufbauen. Sie sind jedoch lange nicht so gut wie die Weitfeld-Okulare.

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Entwicklungsfortschritte des ersten Mikroskops

Neben den genannten Versionen entstanden im Laufe der Zeit dann weiterentwickelte Modelle, darunter ein Zirkelmikroskop oder verschiedene Präpariermikroskope. Etwa im 19. Jahrhundert wurden Edelsteinlinsen verwendet, die einen höheren Brechungsgrad erzielten und gleichzeitig auch eine geringere sphärische Aberration. Bekannt wurde das einfache Mikroskop von Robert Brown, der damit den Zellkern und die Molekularbewegung entdeckte.

Die Abbildungsqualität wurde mit der Zeit besser, schließlich noch einmal durch die Nutzung von Plankonvexlinsen erhöht. Schon einfache Mikroskope enthielten kombinierbare Linsen, wobei mit zwei Linsen eine 125-fache und mit drei Linsen eine 300-fache Vergrößerung gelang. 1850 vermarktete die Firma „Zeiss“ solche Modelle. Ein Beleuchtungseffekt für die Linse war schließlich durch den von Johannes Lieberkühn entwickelten Beleuchtungs-Hohlspiegel möglich. Dadurch entstanden Auflichtmikroskope, die immer noch sehr einfach gehalten waren.

Das zusammengesetzte Mikroskop

Das erste Mikroskop, das mehrere hintereinander geschaltete optische Systeme enthält, war zur damaligen Zeit noch in der Entwicklung. Zunächst wurden Geräte gebaut, die zwei Einzellinsen enthielten und damit deutlich leistungsschwächer als die Modelle blieben, die direkt vor das Auge gehalten wurden. Erst der Einbau mehrerer Linsen ermöglichte dem zusammengesetzten Mikroskop, ein reelles Bild zu verstärken und ein weiteres Zwischenbild noch einmal zu vergrößern, wodurch ein doppelter Effekt entstand. Das erste Okular erzeugte ein Abbild des Zwischenbildes der zweiten Linse. Die Gesamtvergrößerung war dabei schon enorm. Dazu wurden im 19. Jahrhundert verschiedene neue Glassorten entwickelt, die in der Lage waren, Abbildungsfehler besser auszugleichen.

Fortschritt und Moderne

Der Einbau mehrerer Linsen verbesserte das nutzbare Bildfeld und die Vergrößerung. Dabei spielte auch die Art der Beleuchtung eine entscheidende Rolle. Die kritische Beleuchtung ist dabei älter. Bei dieser Methode wird in der Präparatebene ein verkleinertes Abbild der Lichtquelle erzeugt. August Köhler schuf dann die nach ihm benannte Lichtmethode, die eine gleichmäßigere Ausleuchtung gestattete.

Heute unterschieden werden vor allen Dingen das Durchlicht- und das Auflichtmikroskop. Bei einem Durchlichtmikroskop wird das Präparat durch Licht von hinten beleuchtet. Das erfordert ein sehr dünnes Zurechtschneiden der Objekte und Präparate.
Bei einem Auflichtmikroskop wird die Beleuchtung durch das Objektiv gelenkt und erreicht von oben oder von der Seite das Präparat. Hier wird dann die Oberfläche besser sichtbar gemacht, weshalb Auflicht verstärkt in der Materialwissenschaft zum Einsatz kommt.
Dennoch sind diesem Prinzip mit Licht physikalische Grenzen gesetzt, so dass im 20. Jahrhundert das Elektronenmikroskop, das Raster-Tunnel-Mikroskop und eine Vielzahl anderer Modelle eine wesentlich bessere und größere Darstellung möglich machten. Für die Forschung sind diese Mikroskope eine entscheidende Bereicherung. Das erste Mikroskop hat dafür den Weg geebnet.

Weitere Informationen

Lesen Sie zu diesem Thema auch unseren Beitrag über die Geschichte der Mikroskopie.