dNBg leest: Beelden zonder weerga

Met de komst van elektronenmicroscopen kregen wetenschappers toegang tot werelden van nóg kleinere schaal: werelden waar virussen en moleculen te zien waren, en waarvoor ‘gewone’ lichtmicroscopen niet meer voldeden. In Beelden zonder weerga lezen we het verhaal van de elektronenmicroscoop, vanaf zijn eerste ontwerpers in de jaren twintig en dertig, tot aan chemicus Ben Feringa, die in 2016 de Nobelprijs in ontvangst nam voor zijn onderzoek naar moleculaire nanomachines. Door Cosette Molijn


* Abonnees lezen meer. Neem ook een abonnement! *



Dirk van Delft, onder meer oud-directeur van Rijksmuseum Boerhaave en van huis uit natuurkundige, schreef eerder al een biografie over Heike Kemerlingh Onnes, ook een natuurkundige, die in 1913 de Nobelprijs ontving voor zijn onderzoek naar materiaaleigenschappen onder lage temperaturen. Zijn samenwerking met Ton van Helvoort, biochemicus en wetenschapshistoricus, heeft geresulteerd in een gedetailleerde geschiedenis van de techniek die schuilgaat achter de elektronenmicroscopie en alles wat daarmee van doen heeft.

De auteurs staan ook stil bij de toepassingen ervan, zoals onderzoek in de celbiologie en virologie, en wat deze nieuwe technologie aan vragen en discussies opriep – hoe bepaalden de onderzoekers eigenlijk wat ze door de microscoop zagen? Een andere grote rol (en eigenlijk een van de rode draden van het boek) is weggelegd voor Ernst Ruska, een Duitse natuurkundige en uitvinder van het eerste uur, die maar liefst 55 jaar heeft moeten wachten op de Nobelprijs voor zijn ontwerp van de eerste elektronenmicroscoop.

Übermicroscoop

Die eerste elektronenmicroscoop ontwierp en bouwde Ruska in 1931 als onbetaald promovendus aan de universiteit van Heidelberg, in een alsmaar grimmiger wordende Weimarrepubliek. Na zijn promotie kon hij in zijn ouderlijk huis blijven wonen, om zo, nog steeds onbetaald, verbeteringen aan te brengen aan het instrument. Zijn werk resulteerde in de Übermicroscoop, en samen met zijn promotor Bodo von Borries achtte Ruska het instrument klaar voor medisch en biologisch onderzoek. Maar helaas, in de jaren dertig van Duitsland was weinig interesse en financiële steun te vinden om de microscoop verder te optimaliseren.

Daarbij ondervond het duo concurrentie van twee andere, meer commerciële, Duitse partijen. Zo werkte Ernst Brüche aan een ontwerp voor het bedrijf AEG, dat voor een kwart in handen was van het Amerikaanse General Electric, en werkte Reinhold Rüdenberg bij Siemens aan een microscoop die wel heel erg leek op die van Ruska. Met die commerciële belangen kwamen al gauw de octrooiaanvragen door AEG en Siemens, en tot Ruska’s grote teleurstelling liep hij achter de feiten aan: zijn eerste begeleider had klaarblijkelijk nooit het belang en de potentie van zijn elektronenmicroscoop ingezien – niet genoeg om het te patenteren.  

‘A hole to peer through’

De kinderjaren van de elektronenmicroscoop werden geteisterd door veel scepsis over de toepassing van deze nieuwe techniek. Medici en biologen zagen het nut vaak nog niet in, en vroegen zich af of het instrument de beloftes überhaupt wel waar kon maken: ze zouden het biologisch materiaal immers eerst moeten bewerken om het met deze microscoop te kunnen onderzoeken. De elektronenstraal die op het preparaat werd afgevuurd en het vacuüm waarin deze werd geplaatst zouden het materiaal dan ook nog eens aantasten en beschadigen.

Hoewel de elektronenmicroscoop uiteindelijk zeer welkom zou zijn in talloze disciplines, bleek ermee zien nog niet zo eenvoudig – hetzelfde gold overigens voor lichtmicroscopen. Zo hadden lichtmicroscopen al eerder laten zien dat een cel uit behalve een wand en kern, voor het grootste deel uit protoplasma bestond. ‘Maar al spoedig bleek het protoplasma geen homogene vloeistof. Waar de ene onderzoeker een korrelstructuur zag, hield de ander het op vezels. Meningsverschillen kwamen voort uit het optreden van artefacten die de interpretatie van de microscopische beelden bemoeilijkten, omdat het niet duidelijk was welke structuren echt waren en welke structuren […] te wijten waren aan effecten van de technieken om preparaten te maken.’

Microscopische technieken trokken ook de aandacht van wetenschapsfilosofen, en deze apparaten zijn dan ook veelvuldig uit de kast getrokken als casussen in het wetenschappelijk (anti)realismediscours: in hoeverre laat wetenschap ons de wereld zien zoals zij echt is, en wat is de ontologie van theorieën die we gebruiken en de entiteiten die zij beschrijven?

Zo bevraagt wetenschapsfilosoof Ian Hacking in zijn boek Representing and Intervening (1983) in hoeverre een waarneming door een microscoop (of telescoop), gerelateerd is aan een theorie over het te onderzoeken voorwerp. Bestaat er zoiets als een ‘rauwe’ waarneming – van bijvoorbeeld een klompje cellen – of gaat theorie altijd vooraf aan een observatie, omdat we structuren en objecten pas opmerken wanneer we ze verwachten? Mogen we zo’n scherp onderscheid maken tussen theorie en waarneming? Neem een theoretisch voorspeld subatomair deeltje. Wanneer deze met behulp van nieuwe apparatuur eindelijk kan worden waargenomen, lijkt het deeltje op dat moment te veranderen van een louter theoretische entiteit, naar een echt fysiek object. En, om er nog een schepje bovenop te doen, in hoeverre is het überhaupt ‘echt’ wat we door die microscoop zien?

Wat wetenschappers nu precies wel en niet zagen met een microscoop, het was Hacking, net als Van Delft en Van Helvoort, duidelijk dat waarnemen een vaardigheid is en niet een kwestie van alleen maar kijken: ‘Philosophers tend to regard microscopes as black boxes with a light source at one end and a hole to peer through on the other. Asked to draw what he [the philosopher] sees he may […] draw his own reflected eyeball.. or […] see only ‘a patch of color which creeps through the field like a shadow over a wall.’ Het onderscheiden van artefacten en aan het preparaat inherente structuren, zoals Beelden zonder weerga beschrijft in een hoofdstuk over celbiologie, behoeft training en ervaring. Waarnemen leren we door te doen, zoals we leren leven in een driedimensionale wereld door er in rond te lopen en te spelen.

Ontwerp versus uitvinding

Naast het onderzoek van de Duitsers Ruska, Rüdenberg en Brüche laat Beelden zonder weerga ook zien hoe het hun Amerikaanse en Nederlandse collega’s verging. Zo zou de Nederlandse Jan Bart Le Poole de aanzet geven voor wat later bleek een internationaal befaamde elektronenmicroscoop. Over hoe het precies zat met Ruska’s verlate Nobelprijs zal ik hier niet uit de school klappen. Zeker is dát Ruska uiteindelijk vereeuwigd werd met een Nobelprijs, zij het met een flinke slag om de arm van het Nobelcomité: het was voor zijn ‘ontwerp’, en niet de meeromvattende ‘uitvinding’ van de elektronenmicroscoop.

De vele uitgelichte geografische plekken, toepassingen, ontdekkingen en personages maken Beelden zonder weerga ambitieus, maar ook zeer gecondenseerd, zeker met de hoeveelheid anekdotische zijpaden die de auteurs hier en daar inslaan. Dat maakt wel dat Van Delft en Van Helvoort met hun werk, een ware biografie over de elektronenmicroscoop, bovenal de complexiteit, menselijkheid, en de grillen van de wetenschappelijke praktijk laten zien.