Antoni van Leeuwenhoek – einfach erklärt

Bedeutung und Lebensweg

Antoni van Leeuwenhoek (* 24. Oktober 1632 in Delft; † 26. August 1723 ebenda) war ein niederländischer Naturforscher und der bedeutendste Mikroskopiker des 17. sowie des beginnenden 18. Jahrhunderts. Er entdeckte Mikroorganismen wie Bakterien, Protozoen und andere Einzeller und gilt deshalb als „Vater der Protozoologie und Bakteriologie“. Außerdem beschrieb er Spermatozoen, untersuchte Blut und Blutkreislauf und forschte zu Tieren, Menschen, Pflanzen und unbelebter Natur.

Leeuwenhoek war weder wissenschaftlich noch technisch ausgebildet. Er lernte als Tuchhändler, arbeitete ab 1660 als städtischer Beamter in Delft und brachte sich Bau und Gebrauch seiner Mikroskope selbst bei. Ab 1673 teilte er seine Beobachtungen in Briefen mit; insgesamt schrieb er über 300 Briefe, davon 215 an die Royal Society in London. 1680 wurde er einstimmig zu deren Mitglied gewählt. Seine Briefe trennten meist klar zwischen Beobachtung und Deutung, auch wenn sie thematisch nicht systematisch geordnet waren.

Er blieb bis zu seinem Tod in Delft. Seine Tochter Maria war sein einziges Kind, das die frühe Kindheit überlebte. Leeuwenhoek starb im Alter von 90 Jahren, 10 Monaten und 2 Tagen. Seine Berühmtheit beruhte vor allem auf Beobachtungen, die andere Forschende mit ihren damaligen Geräten nicht nachvollziehen konnten.

Mikroskope und Arbeitsweise

Alle bekannten Geräte Leeuwenhoeks waren einfache Mikroskope: Sie arbeiteten wie sehr starke Lupen mit nur einer kleinen bikonvexen Linse, also einer nach beiden Seiten gewölbten Linse. Zusammengesetzte Mikroskope verwenden dagegen Objektiv und Okular und vergrößern in zwei Schritten. Zu Leeuwenhoeks Zeit litten sie stark unter chromatischer Aberration: Farbsäume verschlechterten bei Linsen das Bild. Erst etwa ab 1830 übertrafen zusammengesetzte Mikroskope einfache Geräte deutlich.

Sein Grundgerät bestand aus einer Linse zwischen zwei Messing- oder Silberplatten von ungefähr 4–5 cm Höhe. Das Präparat wurde auf einer Nadelspitze befestigt und mit Schrauben genau vor die Linse bewegt. Diese bewegliche Präparathalterung war damals ungewöhnlich. Er nutzte meist Durchlicht, also Licht, das durch das biologische Präparat fällt; für Schnitte empfahl er, das Gerät gegen den offenen Himmel zu halten. Flüssigkeiten betrachtete er in kleinen Glasröhrchen, die sich durch den Kapillareffekt füllten. Dünne Schnitte, etwa aus Kork, waren teils nur wenige Mikrometer dick.

Die Linsenqualität war in seiner Zeit unerreicht. Kleine starke Linsen können geschliffen und poliert, aus einem geschmolzenen Glasfaden gebildet oder aus einem aufgeblasenen Glasröhrchen hergestellt werden. Leeuwenhoek hielt seine Verfahren geheim. Von neun untersuchten erhaltenen Mikroskopen hatten alle bis auf das Utrechter Mikroskop geschliffene Linsen; dessen Linse war erschmolzen. Die Vergrößerungen bekannter Geräte lagen bei 68-fach bis 266-fach. Das Utrechter Mikroskop erreichte eine Auflösung von 1,35 µm und übertraf damit sogar ein achromatisches zusammengesetztes Mikroskop von Charles Chevalier aus dem Jahr 1837.

Für den Blutfluss in Aalen, Kaulquappen und kleinen Fischen entwickelte er den Aalkijker. Dabei wurde das Tier so positioniert, dass seine Schwanzflosse mikroskopisch beobachtbar war. Bis zu seinem Tod fertigte er mehr als 500 Mikroskope, Aalkijker und einzelne Linsen. Von 322 bei einer Auktion 1747 angebotenen Mikroskopen waren 131 aus Silber, die meisten übrigen aus Messing und drei aus Gold.

Entdeckung der Mikroorganismen

Leeuwenhoek sah vermutlich 1674 erstmals Mikroorganismen in Süßwasser. Er nannte sie auf Niederländisch „dierkens“, „diertgens“ oder „diertjes“, also Tierchen; englische Übersetzungen verwendeten „animalcules“ oder „little animals“. In seinem langen Brief vom 9. Oktober 1676 beschrieb er Mikroorganismen in Regen-, Brunnen-, Fluss- und Meerwasser sowie in Gewürzaufgüssen. In frischem Regenwasser erschienen die ersten Organismen nach zwei bis vier Tagen; danach fand er etwa 1000 bis über 2000 pro Tropfen. Für einige gab er Größen an, die auf 6–8 Mikrometer umgerechnet werden können.

Er beschrieb Protozoen, Rädertierchen, Glockentierchen, Wimpertierchen und Bakterien. In Pfefferwasser fand er neben Protozoen auch Bakterien, darunter Spirillen, die er als „sehr kleine Aale“ schilderte. Die Zahl der Spirillen schätzte er auf über hunderttausend in einem kleinen Tropfen Oberflächenwasser. Einige Zuordnungen sind unsicher: Seine 1674 beschriebenen spiralförmigen „Ranken“ deutete Clifford Dobell als Alge Spirogyra; eine Arbeit von 2016 vermutete dagegen die Cyanobakterie Dolichospermum.

Die Royal Society war zunächst skeptisch. Robert Hooke bereitete selbst einen Pfefferaufguss zu und bestätigte die Beobachtungen. Seine Vorführungen vor der Royal Society am 1., 8. und 15. November 1677 überzeugten schließlich die Beteiligten; die Entdeckung wurde danach nicht mehr angezweifelt.

Am 12. September 1683 beschrieb Leeuwenhoek Bakterien aus Zahnbelag. Er fand sie in Zahnbelag, der mit Regenwasser oder Speichel vermischt war, nicht aber in reinem Speichel. Essig tötete nur Bakterien in äußeren Schichten des fest anhaftenden Belags. Damit beobachtete er als Erster die Schutzwirkung eines Biofilms, also einer an Oberflächen haftenden Schicht, in der Mikroorganismen leben. Er beschrieb auch Mikroorganismen in Darm, Galle und Ausscheidungen von Menschen und Tieren, stellte aber keine Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen Mikroorganismen und Krankheiten her.

Weitere wichtige Beobachtungen betrafen Volvox: Am 2. Januar 1700 beschrieb er diese Grünalge und Tochterkugeln, die in der Mutterkugel wachsen. Das wertete er als Argument gegen Spontanzeugung, die Annahme, Lebewesen könnten ohne Fortpflanzung aus unbelebter oder zerfallender Materie entstehen. Auch ausgetrocknete Mikroorganismen, die nach Zugabe von Wasser wieder lebend erschienen, deutete er als Hinweis auf Verbreitung durch Wind.

Blut, Fortpflanzung und Bau von Lebewesen

Leeuwenhoek beschrieb 1674 rote Blutkörperchen im Blut aus seinem Daumen. 1678 bestimmte er ihre Größe mit „weniger als einem Dreitausendstel eines Zolls“, umgerechnet weniger als 8,5 Mikrometer; heute wird die durchschnittliche Größe menschlicher Erythrocyten mit etwa 7,5 Mikrometern angegeben. Er erkannte, dass rote Blutkörperchen schwerer als Plasma sind, und unterschied sie bei Säugetieren von den ovalen, flachen und kernhaltigen Blutkörperchen bei Fischen, Fröschen und Vögeln. Die damals angenommene Kugelform menschlicher Erythrocyten war jedoch falsch; ihre bikonkave Form und der fehlende Zellkern bei Säugetieren wurden erst im 19. Jahrhundert allgemein erkannt.

Beim Blutfluss im Schwanz junger Aale und Kaulquappen sah er, dass oft nur ein Blutkörperchen durch ein sehr enges Gefäß passt. Ab 1688 beschrieb er das durchgehende geschlossene Kreislaufsystem von Arterien über Kapillaren zu Venen. Er beobachtete einen kontinuierlichen, aber mit dem Herzschlag unterschiedlich schnellen Fluss. Die Kapillaren waren das zuvor fehlende Verbindungsstück zwischen Arterien und Venen.

Im November 1677 meldete Leeuwenhoek Spermatozoen in Samenflüssigkeit. Er erkannte im Unterschied zu Johan Ham, dass sie ein normaler Bestandteil und nicht Folge einer Krankheit waren. Er beschrieb ihre Fortbewegung durch den Schwanz und untersuchte sie bei vielen Tierarten. Er schloss richtig, dass die Hoden bei Säugetieren Spermatozoen bilden. Die Befunde stärkten seine Ablehnung der Spontanzeugung.

Seine Deutung der Befruchtung entsprach jedoch dem Animalkulismus, einer Form der Präformationslehre: Er nahm an, das vollständige neue Lebewesen sei bereits im Spermatozoon enthalten, während der weibliche Körper es empfange und ernähre. Er suchte daher nach einem „Homunculus“, einem kleinen vorgebildeten Menschen, erklärte angebliche Beobachtungen eines solchen aber 1699 ausdrücklich zur Einbildung. Beobachtungen an Blattläusen führten ihn zur Parthenogenese, also Fortpflanzung ohne Männchen; diesen Befund versuchte er dennoch mit seinem Animalkulismus zu vereinbaren.

Er beobachtete außerdem Zellkerne als helle Punkte, erstmals 1686 in Zellen der Mundhöhle und Hautschuppen, ohne ihre Bedeutung zu kennen. Bei Muskeln beschrieb er die Querstreifung, Muskelfibrillen und das Sarkolemm, die Hülle einer Muskelfaser. 1714 nutzte er Safran in Branntwein zur Darstellung der Muskulatur; dies war die erste bekannte histologische Färbung. Seine Untersuchungen umfassten auch Haut, Augen, Sehnerven, Insekten, Parasiten und die Entwicklung von Tieren. Bei 26 Tierarten beschrieb er Lebenszyklen, um Spontanzeugung zu widerlegen.

Pflanzenforschung und bleibende Bedeutung

Leeuwenhoek untersuchte auch Holz, Rinde, Samen und Kokosnüsse. Er beschrieb die Mikrostruktur verschiedener Hölzer und erkannte unter anderem, dass Wurzel und Stamm gleich aufgebaut sind. Seine funktionellen Deutungen waren häufig falsch, doch gilt er neben Hooke, Malpighi und Grew als Mitbegründer der Pflanzenanatomie.

Bei Muskatnuss beobachtete er eine abwehrende Wirkung gegen Milben. Außerdem stellte er fest, dass Schwefeldioxid und auch Schwefeldämpfe Kornmotten abtöten können. Für einen Getreidespeicher von 24 × 16 × 8 Fuß, etwa 7,5 × 5 × 2,5 Meter, berechnete er ein halbes Pfund Schwefel. Da Mottenpuppen unempfindlich sein könnten, hielt er eine zweite Behandlung nach dem Schlüpfen für nötig.

Leeuwenhoek war zu Lebzeiten als wichtigster Mikroskopiker seiner Zeit bekannt. Seine Geheimhaltung verhinderte jedoch, dass seine Instrumente die weitere technische Entwicklung der Mikroskope unmittelbar prägten. Heute wird er als berühmtester Anwender des einfachen Mikroskops sowie als Vater oder Gründer der Protozoologie und Bakteriologie bezeichnet. Seit 1934 trägt eine mikrobiologische Fachzeitschrift den Titel „Antonie van Leeuwenhoek“; die Royal Society vergibt seit 1950 die „The Leeuwenhoek Medal and Lecture“ für Leistungen unter anderem in Mikrobiologie, Bakteriologie und Mikroskopie.