Antoni van Leeuwenhoek (1623-1723) is zonder twijfel een van de grootste wetenschappers die Nederland heeft voortgebracht. Met zijn verbazingwekkende observaties van minuscuul leven – hij was de eerste die eencellige organismen waarnam en beschreef – stond hij aan de wieg van de moderne microbiologie. Maar hoe hij die baanbrekende ontdekkingen deed, bleef eeuwenlang een mysterie. Tijdgenoten probeerden tevergeefs te achterhalen hoe hij zijn superieure microscopen maakte. Maar Van Leeuwenhoek gaf zijn geheimen niet prijs en suggereerde dat hij een geheel eigen manier had om lenzen te maken.

Tot enkele jaren geleden was het alleen mogelijk om iets te zeggen over de bolling van de lens aan de hand van het zichtbare oppervlak, door lensopeningen van ten hoogste een millimeter. 97% van de lens bleef zo verborgen en naar de dikte en vorm van de lens bleef het slechts gissen. Nieuw Nederlands onderzoek van Rijksmuseum Boerhaave en de Technische Universiteit Delft – verschenen in Science Advances – gebruikte neutronentomografie om het binnenste zichtbaar te maken van twee microscopen die met zekerheid aan Van Leeuwenhoek zijn toe te schrijven, uit de collecties van Rijksmuseum Boerhaave en het Universiteitsmuseum Utrecht.

‘Mensen die een probleem hebben weten niet dat er een oplossing is, en de mensen die een oplossing hebben weten niet wat het probleem is’

‘Eigenlijk is het vergelijkbaar met een CT-scan zoals ze die in het ziekenhuis doen’, vertelt Lambert van Eijck, onderzoeker bij het Reactor Instituut Delft. ‘Je hebt er alleen een reactor voor nodig en bij ons draait het object, niet de machine zelf. Het grote voordeel is dat neutronenstraling veel minder hard is dan de röntgenstraling van CT-scanners.

Bij de microscopen van Van Leeuwenhoek kijk je dwars door het metaal heen, maar je ziet het glas nog wel. Als je dat met röntgenstraling zou doen, heb je heel harde straling nodig om door het metaal heen te komen. Dan zie je het glas ook niet meer.’ Op basis van een paar honderd opnames in verschillende oriëntaties kan de computer vervolgens een driedimensionaal beeld reconstrueren van het object (zie de afbeelding hieronder).

Op zoek naar een vraag

Het is nog een vrij onbekende manier om erfgoedobjecten op deze manier met neutronenstraling te visualiseren. De belangrijkste reden is dat het pas sinds een paar jaar mogelijk is, maar veel onderzoekers weten ook de weg naar Delft niet zo snel te vinden. ‘Mensen die een probleem hebben weten niet dat er een oplossing is, en de mensen die een oplossing hebben weten niet wat het probleem is’, merkt Van Eijck op. ‘Ik ben als techneut op zoek naar de vraag.’ Het eeuwenlange mysterie rond de microscopen bleek de ideale vraag. Na succesvolle tests op reconstructies kon Van Eijck de twee authentieke microscopen met neutronentomografie onderzoeken.

Op de scans was de vorm van de lenzen duidelijk te zien. De microscoop van Rijksmuseum Boerhaave, met een vergroting van 118 keer, bleek een klassieke lensvorm te hebben, zonder breukvlakken aan de zijkanten: duidelijk het resultaat van een traditionele slijp- en polijstmethode en niet een lens die uit een glazen bol gebroken was. De lens van de microscoop uit de collectie van het Universiteitsmuseum Utrecht, met een vergroting van 266 keer, bleek een andere vorm te hebben en bolvormig te zijn. Bovendien bleek uit het bovenaanzicht dat aan de lens nog een klein steeltje zit; een duidelijk teken dat de lens was afgebroken van het einde van een glasdraad.

Juist die bolvormige lens is opmerkelijk. Vanaf 1673 rapporteerde Van Leeuwenhoek zijn bevindingen aan de prestigieuze Royal Society in Londen. Robert Hooke, de secretaris van het genootschap, deed zijn uiterste best om achter Van Leeuwenhoeks methodes te komen; transparantie en reproduceerbaarheid waren belangrijke waarden voor de Royal Society. Maar de Nederlander bleef bewust vaag. Het is ironisch dat nu in de sterk vergrotende microscoop van het Universiteitsmuseum Utrecht een lens is aangetroffen die met een methode gemaakt is die Hooke zelf in zijn invloedrijke boek Micrographia uit 1665 had beschreven. In 1678 gaf hij de methode verdere bekendheid uit frustratie over de geheimzinnigheid van Van Leeuwenhoek.

‘De concurrentie tussen wetenschappers was moordend in die tijd’, vertelt Tiemen Cocquyt, conservator bij het Rijksmuseum Boerhaave. ‘Het hoorde er gewoon bij dat je elkaar voorbij wilde streven. De ontwikkelingen volgden elkaar in die tijd snel op; je eigen methodes hield je voor jezelf. Eigenlijk is in dat opzicht niet Van Leeuwenhoek uitzonderlijk, maar Hooke. Die nadruk op transparantie en reproduceerbaarheid is echt pas in de tweede helft van de zeventiende eeuw bij de Royal Society ontstaan.’

‘Van Leeuwenhoek wilde bewijzen als wetenschapper; dan geef je je geheimen niet zomaar prijs’

Toch kun je Van Leeuwenhoek in veel opzichten echt zien als een voorloper van de moderne wetenschapper. Zijn methodes waren misschien niet transparant, zijn observaties waren dat wel. Van Eijck: ‘Hij is heel minutieus in zijn onderzoek en schrijft bovendien zijn interpretaties op bij zijn observaties. Hij deelt ook zijn twijfels en geeft zijn eigen fouten toe als hij die ontdekt. Maar hij was ook een selfmade man, iemand die uit de handel kwam en zich pas relatief laat met onderzoek ging bezighouden en zich wilde bewijzen als wetenschapper. Dan geef je je geheimen niet zomaar prijs. Misschien een beetje een kruideniershouding.’

Dat van Leeuwenhoek al relatief vroeg een bedreven microscoopbouwer moet zijn geweest, blijkt uit zijn observaties. ‘In 1674 neemt Van Leeuwenhoek al bacteriën waar’, merkt Cocquyt op. ‘Dan moet je toch echt wel een microscoop hebben met een oplossend vermogen van 1 µm. Klaarblijkelijk heeft hij zijn zeer sterk vergrotende microscopen al in een vroeg stadium van zijn carrière kunnen maken.’

Van Leeuwenhoek verzweeg dat hij opzienbarende waarnemingen deed met lenzen die in principe voor iedereen beschikbaar waren. Hij zette zijn concurrenten zelfs op een dwaalspoor door te suggereren dat hij een eigen, speciaal procedé volgde. Hoewel het niet is uit te sluiten dat tussen de vier- à vijfhonderd microscopen die hij in totaal maakte – waarvan er slechts tien tot twaalf bewaard zijn gebleven – ook exemplaren zaten met bijzondere lenzen, bewijzen de twee onderzochte microscopen dat dat zeker niet altijd zo was. Maar de optische prestaties van het exemplaar van Universiteitsmuseum Utrecht zijn uitzonderlijk. Het zou tot het begin van de negentiende eeuw duren voor microscopen een vergelijkbare vergroting met dezelfde resolutie behaalden. Wat was dan het geheim?

Ook op dit vlak bleek het neutronenonderzoek extra inzichten op te leveren. Zo bleken de lenzen prachtig aan te sluiten op de messing omhulsels. ‘Het is misschien niet meteen duidelijk, maar het gaat om een ruimte tussen lens en omhulsel van maximaal 0,1 mm’, verduidelijkt Cocquyt. ‘Het laat zien dat het geen lopendebandwerk was, maar dat Van Leeuwenhoek zijn instrumenten met grote toewijding maakte. Bij de normaal vergrotende exemplaren is het misschien alleen een teken van vakmanschap, maar bij de sterk vergrotende instrumenten, zoals die van het Universiteitsmuseum Utrecht, zijn die verhoudingen kritiek. Je hebt het over een brandpunt van minder dan 1 mm.’

Bovendien blijken de lensopeningen aan de voor- en achterzijde van de microscoop verschillend van grootte. Hij heeft dus niet met een handboortje zomaar een gat gemaakt, maar is uiterst nauwkeurig te werk gegaan. Cocquyt: ‘Als je de lensopening te klein maakt krijg je te weinig visuele informatie, maar bij een te grote opening treden vervormingen op. Vooral bij de sterk vergrotende bollensjes gaat dat spelen. Van Leeuwenhoek moet op de hoogte zijn geweest van dit soort effecten op het observatievermogen.’ Geen speciale lenzen dus, maar een perfecte afstemming van alle beslissende parameters. ‘Als je zijn microscoop doorrekent, blijkt dat hij hier het optimale punt heeft gevonden. Het kan eigenlijk niet beter.’