Kurzer Überblick über die Geschichte des Mikroskops

Prof. OStR Erich Steiner und Pof. OStR Mag. Peter Schulz


Unser heutiges wissenschaftliches Weltbild beruht zu einem bedeutenden Teil auf Entdeckungen, die mit Hilfe des Mikroskops gemacht wurden. Dies gilt für den Feinbau der belebten, wie auch der unbelebten Natur.
Die Lichtmikroskopie hat sich in den letzten vier Jahrhunderten nach einer langen und mühevollen Aufwärtsentwicklung zu einem überragenden Hilfsmittel in Medizin und Technik entwickelt. Erst in der zweiten Hälfte unseres Jahrhunderts wurde ihre Bedeutung etwas durch den Einsatz von Elektronenmikroskopen geschmälert, welche die Detailauflösung um ein mehrfaches anwachsen ließen (die Auflösung des Lichtmikroskops ist abhängig von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes).
Obwohl Fernrohr und Mikroskop eng miteinander verwandt sind, kann die Erfindung des Mikroskops zu Beginn des 17. Jahrhunderts nicht zweifelsfrei dargestellt werden. (1) Durch mehr als zwei Jahrhunderte bemühten sich Wissenschafter, Liebhaber und Handwerker ein Gerät zu entwickeln, das den Anforderungen einer über tausendfachen Vergrößerung genügte.


Offenbar war die Kunst Steine oder Glas zu schleifen den Menschen schon mehrere tausend Jahre bekannt, wie aus Funden in den Ruinen von Ninive oder aus den Ausgrabungen in Troja belegt wurde. (2) In der umfangreichen Literatur des klassischen Altertums findet man aber keine Hinweise für die Benützung einer Linse zum Zwecke der Vergrößerung, sondern nur als Brennglas zum Ausbrennen von Wunden. (3)


Nach dem Untergang des Weströmischen Reiches versanken auch die Erkenntnisse der antiken Naturwissenschaften in Europa. Erst die Araber entwickelten die antiken Erkenntnisse weiter. Der Gelehrte Ibn Al Haitham, auch unter dem Namen Alhazen (um 1000 n. Chr.) bekannt, kam in seinem Werk „Thesaurus opticus“ dem Brechungsgesetz näher und gab eine gute anatomische Beschreibung des Auges. (4) Er gilt auch als der Erfinder des „Lesesteines“ (Lupe).


Der Ausdruck „Microscopio“ befindet sich erstmals in dem Werk „Apiarium ex frontispiciis naturalis...“ aus dem Jahre 1625 von den Italienern Francesco Stelluti (1577 – 1653) und Frederico Cesi (1585 – 1630), die ihr „Zusammengesetztes Mikroskop“ von Galileo Galilei (Physiker und Astronom aus Pisa, 1564 – 1642) geschenkt bekamen. (5) Dieses Mikroskop jedoch war möglicherweise ein Nachbau eines Instruments von Cornelius Drebbel (Niederländer, Astrologe und Erfinder am englischen Hof, 1572 – 1633), der nachweislich 1620 solche baute und von London aus einige nach Kontinentaleuropa sowie Rom (1622/23) sandte. (6) Drebbel selbst beanspruchte jedoch nicht die Erfindung des Mikroskops. Vielmehr nimmt die Fachwelt an, dass ein oder mehrere unbekannte Praktiker um 1610 die wahren Erfinder waren. Die lange Zeit überlieferten Erfinder Hans Martens und Zacharias Jansen, bekannt als Vater und Sohn Jansen (7,8), kommen jedoch nach neueren Erkenntnissen nicht in Frage. Maria Rooseboom, Kurator am Nationalmuseum für Geschichte der Wissenschaften in Leiden, widerlegte 1967 in einer fundierten Arbeit zur Geschichte des Mikroskops wohl entgültig die Legende von der Erfindung dieses Instruments durch Vater und Sohn Jansen. Allerdings scheint das nur ein kleiner Kreis von Fachleuten zur Kenntnis genommen zu haben – man trennt sich nicht gerne von liebgewordenen Geschichten. (9)


Physikalisch hingegen muss festgehalten werden, dass das „Zusammengesetzte Mikroskop“, das wahrscheinlich zuerst erfunden wurde – bei diesem sind am unteren Ende eines Tubus eine Objektiv- bzw. am oberen Ende eine Okularlinse montiert - bis etwa zur Mitte des 18. Jahrhunderts dem „Einfachen Mikroskop“ (Lupe) unterlegen war. Ursachen waren Schwierigkeiten bei der Zentrierung der Linsen und andererseits in der nicht behobenen Chromasie sowie der verwendeten Materialien (Leder, Holz, Pappe). Es darf daher nicht wundern, dass sehr bedeutende Mikroskopiker der damaligen Zeit wie Anthony van Leeuvenhoek (Niederländer aus Delft, Privatgelehrter, 1632 – 1723), Carlo Antonio Tortona (Italiener, 1640 – 1700) und andere dem einfachen Mikroskop den Vorzug gaben. (10)


Die Entwicklung und die Fortschritte in der Medizin waren geradezu abhängig von der Ausbildungsstufe des Instrumentes. Als Beispiel diene Marcello Malpighis (Arzt und Anatom in Italien, 1628 – 1694) Beobachtungen des Blutkreislaufes unter dem Mikroskop 1660. (11) Die Entdeckungen eines Anthony van Leeuvenhoek – Protozoen, Querstreifung der Muskulatur, Faserstruktur der Augenlinse, rote Blutkörperchen und Bakterien usw. – die in letzter Zeit angeblich wegen des verwendeten Mikroskops angezweifelt werden - , waren Höchstleistungen in dieser Zeit und stellen - falls richtig – das Maximum der Leistung von einlinsigen Geräten dar. (12)


Parallel dazu waren Forscher in Italien wie Galileo Galilei mit der Konstruktion von Fernrohren und Mikroskopen befasst. Evangelista Torricelli (Professor und Mathematiker aus Florenz, 1608 – 1647) benütze geschmolzene Glaskugeln als Linsen. (13) René Descartes (Gelehrter und Philosoph aus Frankreich, 1596 – 1650) versuchte sich mit Linsen und Hohlspiegeln. (14) 1665 beschrieb Robert Hooke (Arzt und Physiker aus England, 1635 – 1703) sein zusammengesetztes Mikroskop für Auflichtuntersuchungen (15) Carlo Antonio Tortona benützte erstmals das Mikroskop für Durchlicht. (16)
Im 18. Jahrhundert war vor allem England durch die Kritik an der Leistung der vorhandenen Geräte führend in der Entwicklung neuer Geräte. Edmund Culpeper (Instrumentenbauer aus London, 1666 – 1738) und John Cuff (Instrumentenbauer aus London, 1708 – 1772) bringen die Gestalt der Mikroskope in die Nähe moderner Geräte. Vor allem in der Stativ-Konstruktion gab es große Fortschritte (präzise Scharfstellung, Einsatz von Messing). (17) Weitere Hersteller in England waren Benjamin Martin (Instrumentenbauer aus London, 1704 – 1782), Georg Adams der Ältere (Instrumentenbauer aus London, 1708 – 1773), und William und Samuel Jones (Instrumentenbauer aus London, um 1800).
Johann Nathanael Lieberkühn (Arzt aus Berlin, 1711 – 1756) führte 1738 den nach ihm benannten Hohlspiegel für die Auflichtbeleuchtung ein, wie ihn in ähnlicher Form 100 Jahre vorher schon Descartes verwendet hatte. (18) Außerdem ist er der Erfinder des „Sonnenmikroskops“. (19) Georg Friedrich Brander (Instrumentenbauer aus Augsburg, 1713 – 1783) und Johann Heinrich Tiedemann (Instrumentenbauer aus Stuttgart, 1742 – 1811) bauten in dieser Zeit (2. Hälfte des 18. Jahrhunderts) in Deutschland fast gleiche Geräte (Typen nach John Cuff). (20)


Auch die französischen Hersteller lehnten sich stark an die Modelle von Benjamin Martin an („Trommel-Mikroskope“). Niemand konnte aber die Abbildungsgüte steigern, da die sphärische und chromatische Abberation noch nicht behoben werden konnte.


Erst um die Wende vom 18. zum 19. Jahrhundert brachten neue Forschungsergebnisse eines Joseph v. Fraunhofer (Physiker und Optiker aus Deutschland, 1787 – 1826) (21), eines Joseph Jackson Lister (Engländer, kombinierte mehrere achromatische Linsen zu einem System, 1786 – 1869) (22), eines M. Selligue (Mechaniker aus Frankreich, um 1820) in Zusammenarbeit mit Charles Chevalier (Instrumentenbauer aus Paris, 1804 – 1859) einen Durchbruch in der Qualität des mikroskopischen Bildes. Erstmalig wurde Kanadabalsam zum Verkitten der Linsenglieder verwendet. (23)
Dieser aufstrebenden Epoche gehören auch Hersteller wie Giovanni Battista Amici (Instrumentenbauer und Optiker aus Florenz, baute die erste „Wasserimmersion“, 1786 – 1863), Hugh Powell (Instrumentenbauer aus England, 1799 – 1883), Simon Plössl (Instrumentenbauer aus Wien, 1794 – 1868), Friedrich Wilhelm Schiek (Instrumentenbauer aus Berlin, 1790 – 1870) und Georg Oberhaeuser (Instrumentenbauer aus Paris, 1798 – 1868) an. (24)
Die Vorherrschaft englischer Geräte, die meistens noch durch „pröbeln“ hergestellt wurden, gingen mit der Vorausberechnung der Optik – eingeführt durch Ernst Abbe (Mathematiker aus Deutschland, 1840 – 1905) - bei der Firma Carl Zeiss in Jena zu Ende. Die hervorragenden Leistungen im Objektivbau waren jedoch nur durch die Zusammenarbeit mit Otto Schott (Chemiker und Glastechnologe aus Deutschland, 1851 – 1935) möglich, der diejenigen Glasschmelzen schuf, die Ernst Abbe für seine Objektive benötigte. Unter anderem entwickelte dieser 1878 die erste „Homogene Ölimmersion“ und 1886 die ersten apochromatischen Objektive. Auch der Beleuchtungsapparat (Kondensor) wurde von ihm verbessert. (25)


Seit damals wurden viele Details am Gerät selbst immer weiter verbessert: der Einstellmechanismus (Grob- und Feintrieb), der binokulare Einblick, tiefliegende ergonomische Bedienungsräder, verschiedene Tischkonstruktionen, umgekehrte Mikroskope für Metallurgie und Zellforschung (in vitro Fertilisation, Dunkelfeldkondensoren in der Bakteriologie).


Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts gaben neue Überlegungen zur Wellennatur des Lichtes, sowie die immer noch nicht ganz befriedigte Suche nach mehr und besserem Kontrast – vor allem bei der Lebendbeobachtung, der Domäne der Lichtmikroskopie – Anlass für neue Darstellungsverfahren. Erwähnt sei der Phasenkontrast (positiv und negativ) von Fritz Zernike (Physiker aus den Niederlanden, 1888 –1966) (26), das Fluoreszenzverfahren (Krebsdiagnose, Immunologie) der Firma Carl Reichert in Wien (27) sowie der aus der Polarisations-Mikroskopie kommende Differentielle Interferenzkontrast nach G. Nomarski (Physiker, um 1950). (28) Hans Boegehold (Mathematiker aus Deutschland, 1876 – 1965) beseitigte die störende Bildfeldwölbung bei Zeiss-Objektiven (Planachromate). (29) Bald darauf, um 1970, kamen die Planapochromate, bei denen eine aufwendige Mehrschicht-vergütung die inneren Reflexe beseitigt. Diese stellen heute das Optimum dar und sind nach heutigen Erkenntnissen kaum noch zu verbessern.


Anmerkungen:

(1) Gloede, Wolfgang: „Vom Lesestein zum Elektronenmikroskop“,
VEB Verlag Technik, Berlin 1986, S. 16
(2) Gloede, Wolfgang: S. 10
(3) Gloede, Wolfgang: S. 11
(4) Gloede, Wolfgang: S. 12
(5) Gloede, Wolfgang: S. 15
(6) Gloede, Wolfgang: S. 239
(7) Gloede, Wolfgang: S. 239
(8) Martin de, Prof. Hubert & Waltraud: „Vier Jahrhunderte Mikroskop“,
Weilburg Verlag, Wiener Neustadt 1983, S. 19
(9) Gloede, Wolfgang: S. 16
(10) Martin H. & W.: S. 19
(11) Rooseboom, Maria: “Microscopium”, Leiden: National Museum
for the History of Science 1956, S. 56
(12) Beyer, Hermann: “Handbuch der Mikroskopie”, VEB Verlag Technik,
Berlin 1973, S. 23
(13) Beyer, Hermann: S. 23
(14) Beyer, Hermann: S. 23
(15) Beyer, Hermann: S. 23
(16) Beyer, Hermann: S. 24
(17) Beyer, Hermann: S. 25
(18) Beyer, Hermann: S. 25
(19) Martin H. & W.: S. 55
(20) Martin H. & W.: S. 73
(21) Beyer, Hermann: S. 25
(22) Gloede, Wolfgang: S. 116
(23) Beyer, Hermann: S. 26
(24) Beyer, Hermann: S. 26
(25) Martin H. & W.: S. 148 ff
(26) Beyer, Hermann: S. 32
(27) Martin H. & W.: S. 143
(28) Beyer, Hermann: S. 33
(29) Beyer – Riesenberg: „Handbuch der Mikroskopie“,
VEB Verlag Technik, Berlin 1988, S. 22