Je leest:

Door de ogen van Van Leeuwenhoek

Door de ogen van Van Leeuwenhoek

Auteur: | 20 september 2005

De grondlegger van de microbiologie was zijn tijd eigenlijk té ver vooruit. Van Leeuwenhoeks microscopen waren zo’n sprong voorwaarts, dat menige geleerde tijdgenoot zijn waarnemingen van bacteriën en eencellige wezens als ongeloofwaardig afwees. Moderne opnamen met replica’s van zijn lenzen bewijzen zijn gelijk.

Een lens moet zoveel mogelijk lichtstralen vanuit één punt van het af te beelden voorwerp weer op één punt in het beeld samen laten komen. De mate waarin dit lukt hangt onder andere af van de vorm van de lens en of die uit één of meercomponenten bestaat die elkaars fouten compenseren.

De Van Leeuwenhoeks microscoop. De lens, met een diameter van ongeveer 1 millimeter, en het mechaniek om een preparaat op te bevestigen.

Analyse van de beeldkwaliteit

Professor dr.Ir.Gerrit Kroesen en zijn groep aan de TU Eindhoven hebben de optische kwaliteit van de foto’s met de van Leeuwenhoek microscoop geanalyseerd. Dat een microscoop met maar één lens beeldfouten vertoont is onvermijdelijk, maar bij het team overheerst bewondering voor de prestaties van Van Leeuwenhoek.

Chromatische aberratie

De mate waarin licht wordt gebroken hangt af van de golflengte, iets wat ook de regenboog laat zien. De afbeelding van een wit voorwerp zal daarom elke kleur op een iets andere plaats hebben. Daar waar de diverse kleurbeelden niet overlappen zie je op de foto gekleurde randen.“Bij de foto van de wortel valt op, dat aan de buitenranden van de witte vlekken een brede blauwe streep te zien is. Dit is chromatische aberratie.”

Links: Doorsnede van een worteltje van een zonnebloem, bewerkt met kleurstoffen. Het meest prominent zijn de roodgekleurde ringen, het xyleem, waardoor water met voedingsstoffen naar boven wordt getransporteerd. De vier ‘spaken’ in het vaatstelsel vormen het parenchym, dat voor stevigheid zorgt. De diameter van de wortel is ongeveer anderhalve millimeter. De rechthoek wordt nog gedetailleerder bekeken. Midden: Detailopname van de wortel, gemaakt met de Van Leeuwenhoek microscoop. Rechts: Hetzelfde detail, maar nu met een moderne microscoop bekeken. Klik op de afbeelding voor een grotere versie

Buiging

Licht dat een klein voorwerp beschijnt, zal vanwege het golfkarakter van licht altijd een beetje om de randen van dat voorwerp heen krullen. Waar je eigenlijk alleen schaduw verwacht, komt toch nog wat licht terecht, maar dan wel in een patroon van donkere en lichte strepen. “De fijne strepen zijn allemaal het gevolg van buiging. Dat die niet te zien zijn met de moderne microscoop komt doordat die met een veel grotere apertuur (openingshoek) werkt. Het buigingspatroon vormt zich in een kegel rond het midden van het voorwerp met een beperkte openingshoek. Als de apertuur van de lens klein is, zoals bij de Van Leeuwenhoek-microscoop, komt het buigingspatroon ten opzichte van het licht dat onder grotere hoeken met de optische as door de lens valt, sterker naar voren. Dat de buigingseffecten bij de foto van de wortel niet altijd goed te zien zijn, komt door de niet goed reproduceerbare instelling van voorwerp, lens en camera: het hangt er maar net van af welk deel van het lensje gebruikt wordt en wat de toevallige apertuur is.”

Sferische aberratie

Vaak hebben lenzen een bolvorm omdat die relatief eenvoudig te slijpen is. Maar deze vorm is niet perfect, want lichtstralen via de rand van de lens komen op een andere plaats samen dan stralen die door het midden van de lens gaan. Eén punt van het voorwerp wordt daardoor niet als één punt in het beeldvlak afgebeeld, maar enigszins uitgesmeerd over de hoofdas (de denkbeeldige lijn tussen het voorwerp en het midden van de lens). Dat beperkt de scherpte van het hele beeld; bijvoorbeeld lichte punten van een voorwerp worden als schijfjes afgebeeld. Op deze foto’s is sferische abberatie overigens niet onmiskenbaar terug te vinden.

Coma

“Er is coma zichtbaar aan de randen van het beeld. "Coma-abberatie tast juist hier de beeldkwaliteit aan. Dit komt omdat de randen van het voorwerp relatief ver van de hoofdas liggen. De desbetreffende lichtstralenvallen dus scheef op de lens in, waardoor elk beeldpunt ‘komeetvormig’ wordt uitgesmeerd naar de rand.

Kromming van het beeldvlak

Een plat voorwerp recht voor de lens wordt door die lens niet precies als een plat vlak afgebeeld, maar bij benadering als een boloppervlak. Dat betekent dat alleen het deel van het boloppervlak dat precies op de juiste afstand van de lens zit, scherp wordt afgebeeld. Op de foto van het zoutkristal is bijvoorbeeld zichtbaar dat het midden scherp is maar dat de scherpte naar de randen toe afneemt.

Wat zag Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723) nu echt door zijn microscopen? Fotografie bestond nog niet, dus kende de buitenwereld zijn bevindingen alleen van schetsen en beschrijvingen. Nu kunnen we, dankzij de fotografie en nauwkeurige replica’s van Van Leeuwenhoeks microscopen, reproduceren wat hij gezien moet hebben, en een objectieve vergelijking maken met moderne microscopen. Van Leeuwenhoeks microscopen hadden maar één lens (dus alleen een objectief). Vanwege de kwetsbaarheid is geen gebruik gemaakt van een originele Van Leeuwen-hoek, maar van een replica die door Museum Boerhaave in Leiden is gemaakt. De lens is een in Zwitserland gemaakte kopie van het origineel. De afgebeelde foto’s zijn – met enig vallen en opstaan – gemaakt zonder extra lenzen of andere hulpmiddelen.

Vergelijking. Bij verder inzoomen blijken bijna alle cellen die met de moderne microscoop (onder) zichtbaar zijn,ook met de Van Leeuwenhoek microscoop (boven) te zien.De witte vaatcellen hebben boven een blauwe rand als gevolg van chromatische aberratie. Een enkelvoudige lens vertoont dat euvel altijd; lenzen samengesteld uit diverse soorten glas corrigeren daarvoor in moderne objectieven. In de witte vaatcellen zijn ook de door buiging veroorzaakte fijne, donkere lijnenzichtbaar. Bij de moderne microscoop is deze buiging niet zichtbaar omdat de lenzen daar veel groter zijn.

Amateur

Als niet-academisch opgeleide amateur had Van Leeuwenhoek veel plezier in z’n ontdekkingen, maar wetenschappers liet hij alleen door zijn microscopen kijken als hem dat zinde en zelfs hoog bezoek ontving hij alleen wanneer hem dat goed uitkwam. Bovendien waren zijn microscopen technisch veel beter dan die van zijn tijdgenoten, zodat zijn spectaculaire waarnemingen niet door anderen herhaald konden worden. Mede daarom had hij een aantal medestanders, maar ook felle en invloedrijke tegenstanders. Volgens de heersende opinie was het zelfs zinloos om de levende natuur met een sterk vergrotende microscoop te bestuderen. Alle levende wezens hadden ongeveer dezelfde bouw, dacht men, en een microscoop was hoogstens nuttig als een soort loep om details duidelijker te beschrijven. Pas rond 1825 begon in Frankrijk, en rond 1870 in Nederland, het besef door te dringen dat er een complete micro-kosmos van bacteriën en eencelligen bestond, die al rond 1670 was verkend door van Leeuwenhoek.

Links: Larve van de gewone steekmug. Het rechthoekje geeft weer aan welk fragment nader wordt bekeken. De twee zwarte vlekjes zijn de ogen. Verder zijn op de kop vooral de mondborstels duidelijk zichtbaar. Rechts: Kop van de muggenlarve met de Van Leeuwenhoek microscoop (boven). De haren op de kop van de larve zijn scherpe lijnen. Het daardoor veroorzaakte buigingspatroon is zeer duidelijk zichtbaar als sets gekromde lichte en donkere lijnen. Rechtsonder: Kop van de muggenlarve met een moderne microscoop.

Royal Society

De kwaliteit van Van Leeuwenhoeks lenzen, die tot 250 maal vergrootten, was veruit superieur aan wat zijn tijdgenoten konden maken. Het procédé waarmee hij ze sleep of blies hield hij zorgvuldig geheim, en is pas in de twintigste eeuw gereconstrueerd door onderzoeker Jan Van Zuylen. Brian Ford, die opnamen heeft gemaakt met originele Van Leeuwenhoek microscopen, zegt over bijvoorbeeld het exemplaar in het Universiteitsmuseum Utrecht:"De beeldkwaliteit was opvallend goed, vergelijkbaar met het twintigste eeuwse Leitz optische lenzensysteem. "Hoewel er onvermijdelijk beeldfouten optreden omdat Van Leeuwenhoek een enkelvoudige lens gebruikte, zijn vrijwel alle details die met de moderne microscoop zichtbaar zijn, ook met zijn microscoop te onderscheiden. In zekere zin zijn zo de ontdekkingen die hij beschreef in zijn circa tweehonderd brieven aan de Royal Society in Londen, alsnog peer-reviewed.

Links: Originele tekening van keukenzoutkristallen in een brief uit 1679 die gepubliceerd werd door van Leeuwenhoek. “Kleijne welgemaeckte Quadratgens” noemde hij de fraaie vierkantjes. Midden: Keukenzoutkristal met een van Leeuwenhoek microscoop. De buigingslijnen zijn weerzichtbaar, maar minder uitgesproken wegens de vagere lijnen in het kristal. Het beeld is tevens niet overal scherp door de kromming van het beeldvlak. Rechts: Keukenzoutkristal met een moderne microscoop. Klik op de afbeelding voor een grotere versie

Met dank aan Adriaan Fokke van Duyn.

Meer weten?

Dit artikel is een publicatie van Durk Gardenier.
© Durk Gardenier, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 september 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.