Wer hat das Mikroskop erfunden? Eine Spurensuche

Stell Dir eine Brillenmacher-Werkstatt in Middelburg vor, einer niederländischen Hafenstadt um das Jahr 1600. Auf der Werkbank liegen geschliffene Glaslinsen, manche zu schwach für eine Brille, manche zu stark. Irgendjemand hält zwei davon hintereinander vor ein Auge, und plötzlich sieht ein Insekt aus wie ein Ungeheuer. So oder so ähnlich beginnt die Geschichte des Mikroskops. Wer genau dieser Jemand war, wissen wir bis heute nicht.

Diese Spurensuche führt über Handwerker, Hofgelehrte und einen Tuchhändler aus Delft bis zu einem Jenaer Physikprofessor und einem Berliner Elektroingenieur. Sie zeigt auch, warum ein modernes Lichtmikroskop auf dem Schreibtisch mehr Wissenschaftsgeschichte in sich trägt, als man ihm ansieht.

Wer hat das Mikroskop erfunden? Die Janssen-Frage

Die häufigste Antwort lautet: Hans und Zacharias Janssen, Vater und Sohn, Brillenmacher in Middelburg, irgendwann in den 1590er-Jahren. Klingt eindeutig, ist es aber nicht. Die Zuschreibung stützt sich im Wesentlichen auf Briefe des niederländischen Diplomaten Willem Boreel aus den 1650er-Jahren, also auf Erinnerungen, die Jahrzehnte nach den Ereignissen aufgeschrieben wurden. Wie Live Science zusammenfasst, halten manche Historiker deshalb eher Hans Lipperhey für den Pionier, der als Erster ein Patent auf ein Fernrohr beantragte. Und weil Zacharias in den 1590er-Jahren noch ein Teenager war, vermuten andere, dass sein Vater die Hauptarbeit leistete.

Gesichert ist eher das Drumherum: Am 25. September 1608 reichte Hans Lipperhey in den Niederlanden einen Patentantrag für ein Fernrohr ein, im Oktober folgte ein zweiter Antrag, der Janssen zugeschrieben wird. Das Prinzip „zwei Linsen hintereinander“ lag also in der Luft. Dass daraus nicht nur ein Fernrohr, sondern auch ein Instrument für das Nahe wurde, ist wohl mehreren Tüftlern gleichzeitig eingefallen.

Galilei und der Name „Mikroskop“

Der Mann, der Jupitermonde entdeckte, interessierte sich auch fürs Kleine. Galileo Galilei soll sein Fernrohr zunächst zum Betrachten naher Dinge umfunktioniert haben. Im Jahr 1624 übergab er Fürst Federico Cesi ein verbessertes zusammengesetztes Mikroskop. Sein Freund Giovanni Faber prägte im Jahr 1625 das Wort „Mikroskop“, in Anlehnung an „Teleskop“. Der Name stammt also von einem Gelehrten, nicht von einem Handwerker, und er ist bis heute geblieben.

Robert Hooke und die erste Zelle

Richtig spannend wird es 1665. Der Engländer Robert Hooke veröffentlicht die Micrographia, ein Buch voller großformatiger Kupferstiche: Flohbeine, Schimmelpilz, Fliegenaugen, die Spitze einer Nadel. Schon seit April 1663 hatte die Royal Society ihn gebeten, wöchentlich eine Beobachtung mit seinem Mikroskop vorzuführen. Beim Blick auf Kork entdeckte er winzige Hohlräume, die ihn an Mönchszellen erinnerten. Er nannte sie „cells“, auf Deutsch Zellen. Hooke sah allerdings nur die leeren Wände abgestorbener Pflanzenzellen. Dass Zellen die Grundbausteine des Lebens sind, formulierten erst Matthias Schleiden (1838) und Theodor Schwann (1839).

Leeuwenhoek: Der Tuchhändler mit den besten Linsen

Antoni van Leeuwenhoek (1632 bis 1723) aus Delft war kein Gelehrter, sondern Tuchhändler. Er benutzte keine zusammengesetzten Mikroskope, sondern winzige Einzellinsen, gefasst in Metallplatten und dicht vors Auge gehalten. Das sieht unscheinbar aus, hatte aber Wirkung: Seine erhaltenen Geräte vergrößern je nach Exemplar etwa 68-fach bis 266-fach. Seine Linsen schliff er mit so viel Sorgfalt, dass er die Details seiner Technik zeitlebens geheim hielt.

In einem Brief vom 7. September 1674 an Henry Oldenburg von der Royal Society beschrieb er erstmals Mikroorganismen. Am 9. Oktober 1676 folgte der berühmte „Brief über die Protozoen“. Insgesamt schrieb er mehr als 300 Briefe, über 200 davon an die Royal Society. Wenn Du einmal ein Pantoffeltierchen unter dem Mikroskop siehst, blickst Du also auf ein Motiv, das Leeuwenhoek vor mehr als 340 Jahren als Erster zu Papier brachte.

Abbe, Zeiss und Schott: Vom Handwerk zur Berechnung

Bis ins 19. Jahrhundert wurden Mikroskopobjektive weitgehend durch Probieren gebaut. Wer eine gute Linsenkombination erwischte, hatte Glück. Das änderte sich in Jena. Carl Zeiss eröffnete dort am 17. November 1846 eine Werkstatt für Feinmechanik und Optik, ab 1847 baute er einfache, ab 1857 zusammengesetzte Mikroskope. Ab 1866 arbeitete er mit dem Physikprofessor Ernst Abbe zusammen. 1872 gelang es, die Mikroskopoptik erstmals auf mathematische Berechnungen zu gründen.

Abbe formulierte 1873 die Beugungstheorie der Bildentstehung und damit eine Grenze, die bis heute gilt: Mit sichtbarem Licht lassen sich Strukturen unterhalb von etwa 0,2 Mikrometern nicht mehr trennen. Mehr dazu erklärt unser Glossar zum Auflösungsvermögen und zur numerischen Apertur. Der nächste Engpass war das Glas selbst. Ende der 1870er-Jahre begann der Austausch mit dem Glaschemiker Otto Schott, 1884 entstand das Glastechnische Laboratorium Schott & Genossen. Mit neuen Glassorten rechnete Abbe 1886 die ersten Apochromate, Objektive, die Farbfehler für drei Wellenlängen korrigieren. 1889 gründete er die Carl-Zeiss-Stiftung.

Ruska und die Elektronen: Jenseits der Lichtgrenze

Wenn das Licht an seine Grenze stößt, nimmt man eben etwas anderes. Der Ingenieur Ernst Ruska und der Physiker Max Knoll bauten 1931 in Berlin den ersten Prototyp eines Elektronenmikroskops, mit magnetischen Linsen statt Glas. Es vergrößerte zunächst nur etwa 15-fach und konnte mit den besten Lichtmikroskopen jener Zeit, die rund 2.000-fach erreichten, nicht mithalten. Es bewies aber das Prinzip. 1933 gelang ein Bild einer verkohlten Baumwollfaser in etwa 8.000-facher Vergrößerung, spätere Geräte brachten es auf 800.000-fach. Heute liegt die Auflösungsgrenze von Elektronenmikroskopen bei rund 0,05 Nanometern, die eines Lichtmikroskops bei etwa 200 Nanometern, ein Unterschied um den Faktor 4.000. 1986 erhielt Ruska dafür den Nobelpreis für Physik.

Ein Rechenbeispiel: Wie viel Vergrößerung ist sinnvoll?

Abbes Entdeckung hat eine praktische Folge, die Du beim Kauf nutzen kannst. Sinnvoll nutzbar ist nur die sogenannte förderliche Vergrößerung: grob das 500- bis 1.000-Fache der numerischen Apertur des Objektivs. Ein Trockenobjektiv mit einer Apertur von 0,65 kommt damit auf etwa 325- bis 650-fach, ein Ölimmersionsobjektiv mit 1,4 auf etwa 700- bis 1.400-fach. Alles darüber vergrößert nur noch das Unscharfe. Wenn also ein Spielzeugmikroskop mit „2000x“ wirbt, ist das nach dieser Rechnung leere Vergrößerung: Es wird größer, aber nicht detailreicher.

Was bleibt von dieser Geschichte in Deinem Mikroskop?

Fast alles. Das Prinzip aus zwei Linsensystemen, Objektiv und Okular, ist das von Middelburg. Die berechneten Objektive stammen von Abbe, die Köhlersche Beleuchtung und der Abbe-Kondensor ebenfalls aus der Jenaer Schule. Und die Frage, wie viel Vergrößerung sinnvoll ist, beantwortet bis heute Abbes Auflösungsgrenze: Alles darüber ist „leere Vergrößerung“. Wie Aufbau und Strahlengang heute aussehen, zeigt unser Beitrag zum Aufbau des Mikroskops, und wie sich Zahlen wie „1000x“ einordnen lassen, erklärt der Artikel Vergrößerung beim Mikroskop.

Wenn Du selbst anfangen möchtest, reichen schon einfache Geräte. Diese drei Modelle aus unserer Bestenliste sind ein guter Startpunkt:

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Leeuwenhoek kam mit einer einzigen Linse aus. Dir steht heute mehr zur Verfügung, vom Okular bis zum LED-Licht, aber der Reiz ist derselbe geblieben: Du schaust hin, und eine unbekannte Welt schaut zurück.