Van Leeuwenhoeks ontdekking van bacteriën: een blik te ver vooruit

Tegen het einde van de 17e eeuw was de samengestelde lichtmicroscoop zoals wij die thans kennen qua optisch principe bekend. Een grote moeilijkheid was echter, nog afgezien van allerlei problemen bij de verlichting en het statief, die in latere jaren geleidelijk werden opgelost, dat door de cumulatie van afbeeldingsfouten het beeld bij een vergroting vanaf 30-40 maal onbruikbaar werd door distorsie.

de royal society in londen en hooke

Aan de Royal Society in Londen, een wetenschappelijk instituut opgericht door koning Charles II in 1662 voor het ontwikkelen van nieuwe denkbeelden, werd de microscopie bedreven door de curator Robert Hooke (1635-1703), die vooral geïnteresseerd was in mechanische problemen, maar een zeer brede belangstelling had, en de botanicus Nehemia Grew. Zij gebruikten samen de enige microscoop die aanwezig was in de Royal Society en waarvan een afbeelding bewaard is gebleven (figuur 1). Het instrument zelf, evenals een afbeelding van Hooke en al zijn persoonlijke bezittingen en door hem gemaakte instrumenten, zijn verloren gegaan. Het is bekend hoe dat is gekomen. Nadat de wat bohémienachtige, maar geniale Hooke enkele fouten had ontdekt in geschriften uit 1672 van de jonge Newton over eigenschappen van het licht, en hij hem hierover onderhield, ontstak Newton in grote woede, hoewel Hooke het gelijk geheel aan zijn zijde had.1 Toen Hooke zich ook nog beklaagde dat in andere publicaties van Newton zijn werk niet was genoemd, maar wel gebruikt, was de maat vol voor de onverbiddelijke Newton. Toen deze later president werd van de Royal Society, heeft hij alles wat aan Hooke herinnerde spoorloos laten verdwijnen, inclusief zijn portret.

Eén werkstuk van Hooke was echter over de hele wetenschappelijke wereld verspreid: het compilatiewerk Micrographia, verschenen in 1665. Dit curieuze boek is een verzameling van afbeeldingen van de meest uiteenlopende waarnemingen met de microscoop gedaan, met een beschouwende inleiding. Eerst komen allerlei objecten van niet-levende materie aan de orde, daarna allerlei verschillende afbeeldingen van botanische en dierlijke objecten, zoals het oog van een insect en ook een complete vlo. Bij de beschrijving van dunne plakjes van plantenmateriaal waarbij hij een kamertjesstructuur waarnam, introduceerde Hooke de term ‘cellula’ en hier ligt de oorsprong van het begrip ‘cel’, toegeschreven aan Hooke. Overigens is de naamgeving typerend: bij de term ‘cel’ of ‘kamer’ denkt men primair aan wanden die een ruimte insluiten en niet zozeer aan inhoud. Over de inhoud van zijn cellen spreekt Hooke nauwelijks en dat kon ook moeilijk, omdat van de inhoud van de cellen in het gedroogde plantenmateriaal niet veel meer over was: hij zag alleen de extracellulaire wanden. Men zou zo het aforisme kunnen verdedigen dat de cel is ontdekt in celvrij materiaal.

van leeuwenhoek

In dezelfde periode als Hooke zijn waarnemingen deed, was in Delft een fanatieke amateur in de microscopie bezig, Anthonie van Leeuwenhoek (1632-1723), een geniale knutselaar en waarnemer. Het instrument dat deze uit de lakenhandel afkomstige amateur-observator gebruikte, bestond uit slechts één lens, een zogenoemde enkelvoudige microscoop. De houder waarin deze sterke lens was gevat maakte hij zelf en ook de lenzen sleep hij eigenhandig:2 er is een aantal van deze microscoopjes bewaard gebleven – hier was geen Newton.

Waarschijnlijk is Van Leeuwenhoek tot deze ‘hobby’ gekomen door zijn oorspronkelijke beroep. Al in die tijd werden in de lakenhandel namelijk vrij sterke lenzen gebruikt, zogenoemde dradentellers. Van Leeuwenhoek buitte dit uit door lenzen te gebruiken met een zeer korte brandpuntsafstand, die hij in een vatting plaatste. Doordat bij dit eenvoudige systeem slechts één lens wordt gebruikt, is het mogelijk een veel grotere apertuur te benutten, met een sterke lens; hij gebruikte doorgaans vergrotingen tussen 75 en 150 maal.3 Dit ging echter ten koste van een zeer ongeriefelijk gebruik bij een korte voorwerps- en beeldafstand: daarbij moet namelijk het oog vlak op het lensje worden geperst (figuur 2). Op grond van eigen ervaringen met een van de bewaard gebleven microscoopjes van Van Leeuwenhoek kan ik bevestigen dat de waarneming inspannend en moeizaam was. Toen Hooke later een microscoopje van Van Leeuwenhoek in handen kreeg, was zijn commentaar: ‘They are yet very troublesome to be us’d, because of their smallness, and the nearness of the object' Ze zijn nog lastig om te gebruiken, doordat ze zo klein zijn en het object zo dichtbij is.5

Door de genoemde voordelen van zijn eenvoudige systeem kon Van Leeuwenhoek een oplossend vermogen bereiken dat ruwweg 10 maal zo groot was als met de samengestelde microscoop van Hooke, die deze overigens niet zelf had gebouwd of aangepast, maar in opdracht van de Royal Society in de handel had gekocht (voor een prijs van 3 pond sterling, voor die tijd een enorm bedrag).

Het is algemeen bekend dat Van Leeuwenhoek veel stof deed opwaaien met zijn opzienbarende ontdekkingen, vooral aan de meest uiteenlopende biologische objecten, en dat hij na verloop van tijd, op voorspraak van de Delftse arts Reinier de Graaf bij de Royal Society, als een soort correspondent werd aanvaard. De Graaf was zeer geïnteresseerd in het werk van Van Leeuwenhoek; hij had een grote wetenschappelijke belangstelling en veel buitenlandse contacten;6 hij staat overigens ook te boek als de ontdekker van de menselijke eicel, althans de follikel.

Nadat Van Leeuwenhoek zo in 1673 was geïntroduceerd bij de Royal Society (hij zou later ook officieel lid worden van dit gezelschap), begon hij over zijn waarnemingen te berichten in brieven, meestal in het Nederlands, dat toen een wereldtaal was, en gericht aan de secretaris van de Society, Henry Oldenburg, die voor verspreiding, vertaling en later publicatie in de Proceedings van de Society zorg droeg. Deze eerste briefwisselingen vonden merkwaardigerwijs plaats midden in de Derde Nederlands-Engelse Zeeoorlog (1672-1674), die blijkbaar de wetenschappelijke communicatie tussen de twee op zee oorlog voerende landen niet in de weg stond. De Graaf beval ook onderwerpen aan ter bestudering door Van Leeuwenhoek, zoals ‘globulen’ in het bloed van mens en dier en ook spermatozoa, die Van Leeuwenhoek in verrassend detail (met maten aan de hand van standaarden) beschreef (figuur 3). Dit alles werd naar Londen gerapporteerd en daar als curiosa ontvangen; de secretaris Oldenburg schreef geregeld terug, met vermelding van allerlei opmerkingen van leden van de Society. Er was echter geen sprake van dat er een verband werd gelegd met de cellulae van Hooke, waarmee Van Leeuwenhoek later bekend was. Toch is er voldoende grond om te stellen dat Van Leeuwenhoek – zonder het te beseffen – de eigenlijke ontdekker van de cel is geweest. Het gaat hier om verspreide stukjes van een puzzel die pas ver in de 19e eeuw geleidelijk tot één geheel zijn geworden.7

Het is merkwaardig dat Van Leeuwenhoek geen enkel contact heeft gelegd met de medische faculteit van de 25 km verder gelegen Universiteit van Leiden en ook van die zijde niet is benaderd. Dit gezelschap was geheel geabsorbeerd door disputen over halffilosofische onderwerpen in het Latijn. Wellicht is zijn geïsoleerde positie ten opzichte van de wetenschappelijke wereld juist van voordeel geweest.3 Pas toen Van Leeuwenhoek wereldfaam had bereikt, lieten de geleerden zich met hem portretteren en de Universiteit van Leuven verleende hem een zilveren erepenning (vrijwel overeenkomend met een eredoctoraat) in 1717, toen hij 84 jaar oud was.8

De gemeente Delft waardeerde haar stadgenoot meer en stelde hem aan tot ‘Camerbewaarder der Schepenen’ (een betrekking met veel vrije tijd), die later een echte sinecure werd, met een voor die dagen comfortabel basissalaris van ruim ƒ 200,– per jaar; de burgemeester kreeg ƒ 300,–.9 Het grote vertrouwen van de gemeentelijke autoriteiten blijkt ook uit het feit dat, toen de bekende Delftse schilder Jan Vermeer in 1676 failliet ging, Van Leeuwenhoek van gemeentewege werd aangesteld om de boedel op orde te brengen.8

bacteriën

Op tenminste één punt leidde het grote verschil in oplossend vermogen tussen ‘Londen’ en ‘Delft’ tot een curieuze controverse, namelijk ten aanzien van de ontdekking van de bacteriën door Van Leeuwenhoek, al werd dit uiteraard toen door niemand als zodanig aangevoeld. Dit is een merkwaardig hoofdstuk uit de wetenschapsgeschiedenis, dat hier zal worden besproken en dat dankzij uitgebreide verslaglegging in Alle de brieven10 goed kan worden gedocumenteerd.

Van Leeuwenhoek zond op 9 oktober 1676 een beroemd geworden lange brief waarin naast het azijnaaltje en zetmeelkorrels ook infusoriën en bacteriën in putwater worden beschreven: ‘Den 21 dito de geseijde diertgens, die bij na ront sijn, waren in zo ongeloofelijke groote menigte, en meer als oijt voor desen, de diertgens die tweemaal als lang als breet waren, waren minder in getal, als voor desen, ende nu conde ik bekennen, dat deselve voor en agter een weinig spits toeliepen, en t’was aardig te aanschouden de al trillende of bevende beweging, die sulke kleijne schepsels in haer voortgang maekten . . .'. De detaillering op het niveau van 1 ?m is ook nu nog verrassend, vooral daar geen contrastverhogende kleuring werd toegepast. Er zijn aanwijzingen dat Van Leeuwenhoek een soort donkerveldverlichting toepaste in de speciale microreceptacula waarin hij het putwater bestudeerde.11 In een latere brief gaf hij ook tekeningen, zoals meestal, in rood krijt uitgevoerd (figuur 4).

Daar tot dan in de wetenschappelijke wereld mijten als de kleinste levende schepselen te boek stonden, veroorzaakte deze brief, toen hij eenmaal was vertaald (overigens geen geringe opgave), de nodige opschudding bij het geleerde gezelschap en terstond werd – als een logische stap – de microscopisten Grew en later Hooke de opdracht gegeven een en ander eens na te gaan. Zij rapporteerden op 1 november 1677 dat zij niets van deze minuscule diertjes hadden kunnen waarnemen in monsters van put- of slootwater; zulks werd door de secretaris van de Society aan Van Leeuwenhoek gemeld nadat door Hooke nog een tweede poging was ondernomen, met eveneens negatief resultaat.

Nu had de vindingrijke Van Leeuwenhoek een probleem: hoe de leden van de Society te overtuigen van zijn gelijk? Hij nam zijn toevlucht tot een maatregel die achteraf gezien wellicht de enig mogelijke was (een demonstratiereis naar Londen was blijkbaar geen optie en misschien ook niet mogelijk door de Zeeoorlog). Deze was om achtenswaardige burgers onder ede te laten verklaren dat zij de ‘dierkens’ en hun bewegingen hadden gezien en de getuigenissen op schrift te stellen. Zo werden in de zomer van 1677 achtereenvolgens twee lutherse predikanten, een medisch student, een gerechtsdienaar en de predikant van de Engelse gemeente in de achterkamer van huize Van Leeuwenhoek achter de microscoop gezet. Het is weer typerend dat hierbij geen doctor medicinae uit Leiden werd gevraagd. De lutherse predikanten waren kennelijk wat bang dat hun waarnemingen strijdig zouden zijn met de denkbeelden van hun superieuren (een eed was al helemaal uitgesloten) en begonnen dus hun in het Latijn gestelde verklaring met een lange tirade dat juist een bestudering van de producten van de schepping zou bijdragen aan een verering van het Opperwezen. Zij verklaren echter dan onomwonden dat zij meer dan 200 levende diertjes hadden gezien in 1/50e van een druppel water ter grootte van een gerstekorrel. Ook de predikant van de Engelse gemeente, Gordon, sprak zich op overeenkomstige wijze uit, waarbij hij ook weergaf dat de ‘schepselen’ ophielden te bewegen als azijn aan het watermonster werd toegevoegd. De gerechtsdienaar Albert Hodenpijl uit Delft verklaarde ‘bij mijn manne waerheijt dat wil zeggen: op erewoord in plaetse van Ede dat mij op huijden, door Sr. Anthonij van Leeuwenhoek is getoond een glase pijpge, van binnen hol en gevolt met nat of water . . . en dat ic in ieder deel hebbe gesien, honderden schepsels die haer door den anderen schielijck beweegden . . .’.9

Al deze en nog andere getuigenissen werden naar Londen opgestuurd en maakten daar de nodige indruk. De arme Grew kreeg wederom de opdracht nog eens goed te kijken; het feit dat hij uiteindelijk verklaarde iets te hebben waargenomen, moet toch gezien worden tegen de ondragelijke druk van het bestuur van de Royal Society, want optisch kon het niet.

geen vorderingen

Het is merkwaardig dat, toen Van Leeuwenhoek later enkele in zilver gevatte microscoopjes naar Londen stuurde, dit geen aanleiding was voor Grew om met de enkelvoudige microscoop waarnemingen te gaan doen, nadat Hooke tegen 1700 ziek was geworden en door blindheid getroffen. Evenmin werd de enkelvoudige microscoop populair bij tijdgenoten in Nederland en elders; waarschijnlijk is het ongeriefelijke gebruik van de enkelvoudige microscoop hier debet aan. Tot het begin van de 19e eeuw zijn de samengestelde en enkelvoudige microscoop naast elkaar in gebruik geweest. Pas toen in de periode 1820-1860 geleidelijk door een combinatie van lenzen de lensfouten konden worden bestreden en sterkere nuttige vergrotingen konden worden gebruikt, kwam de samengestelde microscoop qua oplossend vermogen geleidelijk op het niveau dat Van Leeuwenhoek 150 jaar eerder had bereikt.

Met de bacteriën waren in de tussentijd weinig of geen vorderingen gemaakt – Van Leeuwenhoek was kennelijk op de motorfiets een renaissancekasteel binnengereden.

slot

Een ontdekking kan pas ingang vinden als de tijd er rijp voor is. Hoe anders bijvoorbeeld was het met de ontdekking van de tuberkelbacil door de plattelandsarts Koch in 1876, weliswaar in een hoekje van zijn spreekkamer met een uit eigen zak betaalde apochromatische lens van Zeiss, dus eigenlijk ook weer een ontdekking met amateuristische trekjes.12 Deze vondst ging echter onmiddellijk de wereld over, omdat toen inzichten begonnen te rijpen omtrent ziekteverwekkers.

Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: geen gemeld.