Geschichte des Mikroskops: Wer hat es erfunden?

Vertiefung zum ThemaMikroskop

Wer hat das Mikroskop erfunden? Die Frage klingt nach einer einfachen Quizantwort – und genau deshalb kursieren so viele falsche. Hier verfolgst du die Spur von den Brillenmachern um 1600 bis zum ersten Elektronenmikroskop 1931 und lernst, warum Historiker bei der Erfinderfrage bis heute vorsichtig sind.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema Mikroskop. Sie erzählt seine Geschichte. Die ersten Mikroskope entstehen um 1600 in den Niederlanden. Brillenmacher bauen sie aus zwei Linsen. Den genauen Erfinder kennt niemand sicher. Oft hörst du den Namen Zacharias Janssen. Diese Angabe stammt aber von seinem Sohn. Er macht sie erst Jahrzehnte später.

1665 beschreibt Robert Hooke kleine Kammern in Kork. Er nennt sie „cells“, also Zellen. Er sieht aber nur die leeren Wände von toten Zellen. Antoni van Leeuwenhoek baut Mikroskope mit nur einer Linse. Damit entdeckt er als Erster Einzeller – das sind Lebewesen aus nur einer Zelle. Er sieht auch als Erster Bakterien.

1873 erklärt Ernst Abbe: Das Lichtmikroskop hat eine Grenze. Sehr kleine Dinge kann Licht nicht zeigen. 1931 bauen Ernst Ruska und Max Knoll das erste Elektronenmikroskop. Es nutzt einen Strahl aus Elektronen statt Licht.

Merke: Das Mikroskop entsteht um 1600, aber sein Erfinder ist nicht sicher bekannt.

Wer hat das Mikroskop erfunden? Die Spur nach Middelburg

Die Geschichte beginnt nicht im Labor, sondern in der Werkstatt. Um 1600 schliffen Brillenmacher in den Niederlanden Linsen für Lesebrillen. Wer zwei solcher Linsen hintereinander hielt, konnte entweder ferne oder sehr nahe Dinge vergrößert sehen. Aus diesem Handwerk gingen fast gleichzeitig das Fernrohr und das zusammengesetzte Mikroskop hervor, also ein Mikroskop aus mindestens zwei Linsensystemen: einem Objektiv nahe am Gegenstand und einem Okular am Auge.

Sicher belegt ist ein Datum aus dem Jahr 1608: Der Brillenmacher Hans Lipperhey aus Middelburg beantragte ein Patent auf ein Fernrohr. Für das Mikroskop fehlt ein solches Dokument. Der Name Zacharias Janssen taucht erst 1655 auf. Damals ließ der niederländische Diplomat Willem Boreel nachforschen, wer das Fernrohr erfunden habe. Janssens Sohn Johannes sagte unter Eid aus, sein Vater habe Fernrohr und Mikroskop schon um 1590 gebaut – und Lipperhey, der in Middelburg Janssens Nachbar war, habe die Idee gestohlen.

Diese Aussage hat mehrere Schwachstellen. Sie entstand Jahrzehnte nach den Ereignissen, und sie stammt von jemandem, der ein eigenes Interesse am Ruhm seiner Familie hatte. Außerdem wurde Zacharias Janssen nach örtlichen Unterlagen um 1585 geboren. Um 1590 wäre er also ein Kleinkind gewesen. Manche Historiker vermuten deshalb, dass höchstens sein Großvater Hans Martens etwas damit zu tun haben könnte. Belegt ist dagegen, dass spätestens um 1620 in London zusammengesetzte Mikroskope des Niederländers Cornelis Drebbel zu sehen waren.

Das erste Mikroskop bekommt einen Namen

Auch der berühmte Astronom Galileo Galilei nutzte Linsen nicht nur für den Blick zu den Sternen. Nach 1609 nutzte er sein Fernrohr wohl auch, um sehr nahe Gegenstände zu betrachten. 1624 schickte er ein verbessertes Instrument, sein „occhiolino“ (italienisch für „Äuglein“), an Federico Cesi, den Gründer der römischen Gelehrtengesellschaft Accademia dei Lincei. Ein Mitglied dieser Akademie, der Arzt und Botaniker Giovanni Faber, schlug 1625 den Namen microscopium vor – aus den griechischen Wörtern mikros (klein) und skopein (betrachten). Im selben Jahr veröffentlichten Cesi und Francesco Stelluti Darstellungen von Bienen, die als erster gedruckter Bericht über Beobachtungen mit einem Mikroskop gelten.

Hooke und Leeuwenhoek: zwei Wege ins Kleine

Im Januar 1665 erschien in London das Buch „Micrographia“ von Robert Hooke, unter dem Dach der jungen Royal Society. Hooke arbeitete mit einem zusammengesetzten Mikroskop, wahrscheinlich gebaut vom Londoner Instrumentenmacher Christopher Cock. Seine Kupferstiche von Floh, Laus und Fliegenauge waren eine Sensation; die Laus lässt sich als Faltblatt auf die vierfache Buchgröße aufklappen. Berühmt wurde vor allem eine unscheinbare Beobachtung: In dünnen Korkscheiben sah Hooke wabenartige Kammern. Sie erinnerten ihn an die kleinen Zimmer von Mönchen im Kloster, und er nannte sie cells. Was er sah, waren allerdings nur die leeren Zellwände abgestorbener Zellen.

Das erste Mikroskop von Leeuwenhoek: eine einzige Linse

Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) war Tuchhändler in Delft und kein ausgebildeter Naturforscher. Seine Mikroskope sahen aus wie kleine Metallplättchen: Zwischen zwei Platten saß eine winzige, stark gewölbte Linse, davor eine Nadel, auf die er die Probe steckte. Er hielt das Gerät dicht vors Auge und schaute gegen das Licht. Solch ein Einlinser ist im Grunde eine extrem starke Lupe.

Leeuwenhoek stellte über 500 Linsen her und baute mindestens 25 solcher Mikroskope; neun davon sind erhalten. Die stärksten erreichen bis zu 275-fache Vergrößerung. Wie er seine besten Linsen herstellte, verriet er nie. Ab 1673 schickte er seine Beobachtungen als Briefe an die Royal Society in London. In einem Brief vom 9. Oktober 1676 beschrieb er winzige „Tierchen“ (animalcules) in Wasser – Einzeller, die vor ihm niemand gesehen hatte. 1683 zeichnete er Bakterien aus seinem eigenen Mund. Im Februar 1680 wählte ihn die Royal Society zu ihrem Mitglied.

Merkmal	Hooke (zusammengesetztes Mikroskop)	Leeuwenhoek (Einlinser)
Linsen	mehrere Linsen: Objektiv und Okular	eine einzige, sehr kleine Linse
Vergrößerung	deutlich geringer als bei Leeuwenhoeks besten Geräten	bis etwa 275-fach (erhaltene Geräte)
Bildqualität	Farbsäume und Unschärfe durch mehrere Linsen	vergleichsweise scharf
Bedienung	auf Stativ, bequem	dicht vors Auge gehalten, mühsam
berühmte Entdeckung	Zellwände im Kork (1665)	Einzeller (1676), Bakterien (1683)

Vom Ausprobieren zur Theorie: Abbe, Zeiss und Schott

Nach Leeuwenhoek wurden Mikroskope handlicher und stabiler, aber lange kaum schärfer. Ein Grund: Linsen bündeln verschiedene Farben des Lichts unterschiedlich stark, sodass Bilder bunte Ränder bekommen. Erst achromatische Linsen aus zwei Glassorten verringerten diesen Fehler in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts deutlich.

Den entscheidenden Sprung schaffte ein Team in Jena. 1846 eröffnete der Mechaniker Carl Zeiss dort eine Werkstatt. 1866 holte er den Physiker Ernst Abbe dazu, der die Fertigung auf eine wissenschaftliche Grundlage stellen sollte. Statt Linsen so lange zu verändern, bis ein Bild gut aussah, berechnete Abbe die Optik. 1873 veröffentlichte er seine Theorie der Auflösungsgrenze: Wegen der Wellennatur des Lichts kann kein Lichtmikroskop beliebig feine Details trennen. Die zugehörige Formel findest du auf der Hauptseite zum Aufbau und zur Auflösung des Mikroskops.

Aus Abbes Theorie folgten praktische Erfindungen: 1878 die homogene Immersion (Ölimmersion), bei der ein Öltropfen zwischen Deckglas und Objektiv die Auflösung verbessert, und 1886 die ersten Apochromate, Objektive mit stark verringerten Farbfehlern. Möglich wurden sie durch neue optische Gläser aus dem Glastechnischen Laboratorium, das Otto Schott 1884 mit Abbe und Zeiss gegründet hatte.

1931: Mit Elektronen über die Grenze des Lichts

Abbes Theorie hatte auch eine ernüchternde Seite: Mit sichtbarem Licht ist bei etwa 0,2 µm Schluss. Wer kleinere Strukturen sehen wollte, brauchte eine Strahlung mit viel kürzerer Wellenlänge. Diese Idee setzten der junge Ingenieur Ernst Ruska und Max Knoll, Leiter seiner Arbeitsgruppe an der Technischen Hochschule Berlin, um. Am 9. März 1931 gelang ihnen mit zwei magnetischen Linsen die erste zweistufige Vergrößerung mit Elektronen – die Geburtsstunde des Elektronenmikroskops.

Im Dezember 1933 übertraf Ruska mit einem verbesserten Gerät bei 12.000-facher Vergrößerung erstmals die Auflösung des Lichtmikroskops. Ab 1938/39 baute die Firma Siemens & Halske Elektronenmikroskope in Serie. Den Nobelpreis für Physik erhielt Ruska erst 1986. Wie sich Licht- und Elektronenmikroskop heute in Auflösung, Präparaten und Einsatz unterscheiden, zeigt der Vergleich von Lichtmikroskop und Elektronenmikroskop.

Vertiefung Oberstufe: Warum eine Linse mehr zeigte als zwei

Dass Leeuwenhoeks einfache Geräte die zusammengesetzten Mikroskope seiner Zeit übertrafen, klingt paradox. Es liegt an den Linsenfehlern (Aberrationen). Bei der chromatischen Aberration wird blaues Licht stärker gebrochen als rotes; jede Farbe hat einen etwas anderen Brennpunkt, und Kanten bekommen Farbsäume. Bei der sphärischen Aberration bündeln die Randbereiche einer kugelförmig geschliffenen Linse das Licht stärker als die Mitte. In einem zusammengesetzten Mikroskop vergrößert das Okular das fehlerhafte Zwischenbild des Objektivs – die Fehler werden also mitvergrößert.

Ein Einlinser hat nur eine Fehlerquelle. Ist die Linse klein und sehr stark gekrümmt, wird ihre Brennweite f winzig. Für eine Lupe gilt näherungsweise: Vergrößerung V ≈ 250 mm : f, wobei 250 mm die übliche Sehweite des Auges ist. Für 275-fache Vergrößerung ergibt sich f ≈ 250 mm : 275 ≈ 0,9 mm. Leeuwenhoeks Linsen mussten also kaum größer als ein Stecknadelkopf sein.

Der Preis dafür: Das Gerät musste fast das Auge berühren, das Sehfeld war winzig, und die Probe ließ sich nur mühsam scharf stellen. Erst als im 19. Jahrhundert achromatische Linsen und schließlich Abbes Berechnungen die Fehler zusammengesetzter Systeme beherrschbar machten, setzte sich das zusammengesetzte Mikroskop endgültig durch. Seine Vorteile – bequeme Bedienung, wechselbare Objektive, größeres Sehfeld – konnten erst dann voll wirken.

Fachbegriffe

zusammengesetztes Mikroskop

Mikroskop mit mindestens zwei Linsensystemen (Objektiv und Okular), die nacheinander vergrößern.

Einlinser

Mikroskop mit nur einer, sehr stark gekrümmten Linse; im Prinzip eine extrem starke Lupe.

Micrographia

Buch von Robert Hooke (1665) mit Mikroskop-Zeichnungen; führte den Begriff „cell“ ein.

Auflösungsgrenze

Kleinster Abstand zweier Punkte, die ein Mikroskop noch getrennt abbilden kann; beim Lichtmikroskop etwa 0,2 µm.

Apochromat

Mikroskop-Objektiv mit stark verringerten Farbfehlern, erstmals 1886 nach Abbes Berechnungen gebaut.

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