Revolver voor de microscoop

Christiaan Huygens ontwierp en bouwde zijn eigen microscopen. De preparaatrevolver is zijn vinding. Maar zijn waarnemingen aan micro-organismen zijn nauwelijks bekend.

Een van de karakteristiekste ontwikkelingen van de wetenschapsrevolutie in de zeventiende eeuw is het gebruik van instrumenten om de natuur te onderzoeken, om er verschijnselen in maat en getal mee vast te leggen. Drie instrumenten springen wat dat betreft in het oog: de telescoop, de microscoop en de luchtpomp.

Christiaan Huygens heeft alle drie de instrumenten gebruikt en er eigenhandig verbeteringen aan aangebracht. Bovendien heeft hij ook met deze drie instrumenten onderzoek gedaan. Zijn waarnemingen met de telescoop en een aantal daaruit voortgekomen ontdekkingen en theorieën zijn wijd en zijd bekend, maar Huygens' waarnemingen met de microscoop zijn nauwelijks bekend. Toch was hij in 1678 en 1679 gedurende een groot aantal maanden bijna dagelijks met zijn microscoop in de weer, en verdiepte hij zich in 1692 ook nog weer een aantal maanden in het microscopisch onderzoek.

Al in het midden van de jaren vijftig van de zeventiende eeuw maakte Christiaan samen met zijn broer Constantijn microscopen, die zij destijds aan bekenden van de familie verkochten of cadeau deden. Beiden waren toen enkel in de microscoop geïnteresseerd vanwege de optische eigenschappen van lenzen en combinaties van lenzen. Zo waren zij erop gebrand een samengestelde microscoop van de Augsburgse instrumentmaker Johann Wiesel te verwerven en te onderzoeken, die, in tegenstelling tot de toen gangbare microscopen, toegerust was met drie lenzen. Maar voor wat er met een microscoop gedaan kon worden, hadden zij toen geen belangstelling.

Dat veranderde echter in de loop van 1677. Christiaans vader vroeg hem toen bij gelegenheid een brief van Antoni van Leeuwenhoek, een van zijn protégés, in het Frans te vertalen. Van Leeuwenhoek was in de loop van 1673 begonnen met het microscopisch onderzoek van de levende natuur. Dat onderzoek heeft hem een halve eeuw, tot op zijn sterfbed, bezig gehouden en hij heeft in die tientallen jaren ongelooflijk veel bestudeerd, letterlijk alles wat hij te pakken kon krijgen. Daaronder waren luizen die hij in zijn sokken kweekte, ongedierte dat hij van zijn bessenstruiken pakte, water uit zijn dakgoten, schraapsel van zijn tanden, etter uit puisten op zijn arm en zijn eigen sperma. Van Leeuwenhoek maakte zijn bevindingen wereldkundig in brieven, waarvan de meeste gericht waren aan de Royal Society in Londen.

Kort voordat Christiaan Huygens de vertaling van een van zijn brieven op zich nam had Van Leeuwenhoek voor het eerst de eencellige organismen waargenomen en daar een aantal onderzoeken naar verricht die hij in de bewuste brief samenvatte. Huygens ging naar aanleiding van het verzoek van zijn vader bij Van Leeuwenhoek op bezoek, die hem onder andere zijn allernieuwste ontdekking demonstreerde: de diertjes in het mannelijk zaad. Daardoor raakte Huygens zodanig in de ban van de microscopisch kleine organismen dat hij besloot om zelf ook waarnemingen te gaan verrichten. Maar daarvoor had hij eerst een goed instrument nodig.

De microscopen die hij kende, waaronder die van Van Leeuwenhoek, die van de Leidse instrumentmaker Van Musschenbroek en een instrument dat hem zojuist door de jonge Nicolaas Hartsoeker toegezonden was, bevielen hem niet helemaal. Hij ging daarom in maart 1678 zelf aan de slag en in mei van hetzelfde jaar resulteerde dat in een eigen ontwerp voor een microscoop.

Dit ontwerp heeft een aantal karakteristieke hoedanigheden: het bestond uit een dubbel frame, in het ene was de lens gemonteerd - niet meer dan een klein glasbolletje - en in het andere een dun, rond glazen plaatje dat als objectdrager dienst deed.

Het preparaat - in Huygens onderzoek was dat steeds een druppel water met daarin honderden micro-organismen - werd afgedekt met een klein stukje mica, dat op de objectdrager geklemd werd. Tijdens het gebruik werd de microscoop opgesteld voor een belichtingslens met daarachter een kaars, opdat de belichting van het preparaat zo groot mogelijk zou zijn.

Al snel bleek deze microscoop in het gebruik toch niet ideaal te zijn: als het preparaat gewisseld moest worden moest de microscoop helemaal gedemonteerd worden. Dat was tijdrovend vooral omdat Huygens voor zijn onderzoek dagelijks een flink aantal verschillende infusies (dat zijn plantenaftreksels, waarin micro-organismen zich bijzonder lekker voelen) inspecteerde. Daarom bracht hij een aantal wijzigingen aan.

Daarbij waren twee punten waar zijn grootste aandacht naar uitging: een makkelijk te hanteren instrument en een goed scherp beeld. Na een aantal probeersels stuurde hij in oktober 1678 een tekening en beschrijving van een nieuw ontwerp naar broer Constantijn. Het frame van deze microscoop bestond net als het eerdere model uit twee gelijke helften. In het ene was weer de lens gemonteerd, maar aan het andere deel was nu een preparaatrevolver en een diafragmarevolver bevestigd.

De preparaatrevolver was een briljante vondst van Huygens waarmee het mogelijk werd om snel achter elkaar druppels van verschillende infusies te bekijken. Het was namelijk een metalen, roterend schijfje waarin langs de rand zes glaasjes ingezet waren. Elk daarvan diende als objectdrager. Door het schijfje een slag te draaien konden deze beurtelings voor de lens gedraaid worden.

De diafragmarevolver was ook een eigen bedenksel van Huygens. Hij was tot het inzicht gekomen dat het beeld scherper werd als het strooilicht ondervangen werd. Dat kon door het licht via een vrij kleine opening, een diafragma, op het preparaat te laten vallen. Door de microscoop toe te rusten met een aantal diafragma's van verschillende doorsnede kon het licht zo gemanipuleerd worden dat de grootst mogelijke scherpte van het beeld verkregen werd.

Een aantal van zijn microscoop-ontwerpen demonstreerde Huygens aan de leden van de Académie des Sciences, waarbij hij er zorg voor droeg om zijn publiek ervan op de hoogte te stellen, dat het ontwerp van zijn microscoop niet alleen op zijn eigen ideeën berustte. Met name Nicolaas Hartsoeker, toen nog een geleerde in de dop, die samen met hem naar Parijs was gereisd, en de Deense geleerde Ole Romer hebben Huygens ideeën aan de hand gedaan. Bovendien correspondeerde hij geregeld met broer Constantijn over zijn ontwerpen en ook die gaf suggesties voor verbeteringen.

De leden van de Académie des Sciences waren zeer enthousiast na de demonstraties, vooral ook vanwege de grote aantallen verbazingwekkend kleine, krioelende diertjes in één druppel water, die zij toen voor het eerst te zien kregen.

Maar Huygens zelf was nog steeds niet tevreden met zijn microscoop. Hij maakte in de loop van de daaropvolgende maanden nog een aantal schetsen van nieuwe ontwerpen, waarin de constructie van de preparaathouder steeds anders was en het aantal diafragma's telkens gewijzigd werd. Uit zijn aantekeningen blijkt steeds dat hij bij zijn microscopisch onderzoek allerlei praktische problemen ondervond, die hij wilde oplossen om dat onderzoek te vergemakkelijken en om zo duidelijk mogelijk beelden van de verschillende diertjes in zijn monsters te krijgen.

Huygens hield nauwkeurig verslag bij van zijn onderzoek naar de micro-organismen. In de vensterbank van zijn huis had hij diverse infusies staan, die hij bijna dagelijks inspecteerde. In een aantekenboekje maakte hij tekeningen van de verschillende organismen die hij zag rondzwemmen in zijn monsters. Hij duidde daarbij de verschillende soorten, en dat zijn er als de infusies enige tijd gestaan hebben al snel een flink aantal, aan met een andere letter en stelde nauwkeurig vast hoeveel hij van elke soort in zijn monster zag.

Het viel hem daarbij op dat in de loop van de tijd de ene soort plaats maakt voor de andere. Een verschijnsel dat nu bekend staat als successie. De soorten die het eerst in de infusie verschijnen zijn als het ware pioniers, die onder zeer moeilijke omstandigheden kunnen leven en tegelijkertijd de omstandigheden zo veranderen dat andere, minder geharde soorten er zich ook thuis kunnen voelen. De pioniers worden daarna wel door die nieuwe soorten van het toneel verdreven.

Een probleem dat Huygens, en met hem andere onderzoekers, bezig hield was de vraag waar die beestjes vandaan kwamen. Het meest voor de hand liggend leek hem dat ze uit de lucht aangetrokken werden door de geur van de infusies omdat hij zag dat in heel verschillende substraten, of die nu van peperkorrels, een stukje gember, koffiebonen of foeliebladeren getrokken waren, steeds dezelfde soorten beestjes voorkwamen. Bovendien waren de exemplaren van dezelfde soort die hij zag in de monsters altijd van dezelfde grootte. Met andere woorden: je zag geen ouders met jongen.

Huygens heeft naar aanleiding van die waarnemingen een aantal experimenten uitgevoerd. Hij bereidde een infusie, waarvan hij een deel in een open fles in zijn vensterbank plaatste en een ander deel in een met een stukje zeemleer afgesloten fles. Na enige dagen stelde hij vast dat in de open fles flink wat verschillende organismen waar te nemen waren, terwijl dat in de afgesloten fles nog niet het geval was. Maar na verloop van tijd tierden de infusiediertjes ook in de afgesloten fles welig. De conclusie die hij daaruit trok was dat de organismen in de lucht zo klein waren dat ze toch door de poriën in het zeemleer heen konden, zij het met enige vertraging.

Huygens' verbetering van de microscoop en zijn onderzoek met de microscoop vormen slechts een fractie van zijn wetenschappelijk werk. Toch zitten er allerlei aspecten aan die illustratief zijn voor zijn manier van werken. Op het moment dat Huygens geïntrigeerd raakte door de wereld van het kleine en over een microscoop wilde beschikken, keek hij eerst om zich heen om te zien wat er voorhanden was. Maar wat hij zag beviel hem niet. Hij borduurde toen voort op bestaande ontwerpen en op een idee dat hem aangereikt werd door Nicolaas Hartsoeker. Hoewel hij daardoor een microscoop ontwikkelde die van allerlei handige snufjes was voorzien, die door instrumentmakers in Parijs werden overgenomen, heeft Huygens nooit het eigendom van die ontwerpen geclaimd, waarschijnlijk niet omdat het hem te onbelangrijk voorkwam. Om dezelfde reden heeft hij ook nooit aanspraak gemaakt op zijn verbeteringen aan de luchtpomp.

Huygens heeft een van zijn ontwerpen van de microscoop laten publiceren in de Journal des Sçavans, dit gebeurde in de vorm van twee brieven geschreven in augustus 1678 die naar de uitgever van het tijdschrift gestuurd werden. De eerste daarvan was officieel van de hand van Nicolaas Hartsoeker, maar in de tweede brief werd duidelijk gemaakt dat de auctor intellectualis in feite Christiaan Huygens was.

In deze brieven werd ook heel in het kort vermeld wat er zoal met de microscoop gedaan kon worden. Daarbij werd onder andere gemeld dat de diertjes in het mannelijk zaad er mee te zien waren. De zaaddiertjes waren een ontdekking van Van Leeuwenhoek in 1677, maar doordat de redacteur van Philosophical Transactions heel lang aarzelde voordat hij de brief over dit delicate onderwerp durfde te publiceren, was Huygens korte mededeling erover in feite de eerst gepubliceerde mededeling over de spermatozoa.