Seeing is believing

Beobachtung ist eine grundlegende Praxis aller modernen Wissenschaften – vor allem der Naturwissenschaften. Mithilfe der Beobachtung werden nicht nur die Sinne geschult und das Urteilsvermögen geschärft, sondern es wird versucht, das Unsichtbare sichtbar zu machen und das Flüchtige dauerhaft festzuhalten.

Von den Augen zum Mikroskop

Zu den zentralen Instrumenten der Beobachtung zählen natürlich die Sinnesorgane wie etwa die Augen. Doch seit dem 16. Jahrhundert helfen immer mehr optische Apparaturen den Forscher:innen Dinge, die mit bloßem Auge nicht mehr wahrnehmbar wären, die also zu klein und außerhalb der Brennweite des Auges liegen, sichtbar zu machen. Frühe Lichtmikroskope optimieren dabei die natürliche Brennweite des Auges durch die Kombination von verschiedenen Linsen, die vor das Auge gesetzt werden. Sehr vereinfacht gesprochen erweitert ein Sammellinse (Objektiv) die Grenzen der natürlichen Brennweite des Auges. Dabei entsteht ein umgekehrtes, vergrößertes, reelles Zwischenbild. Von diesem entsteht mittels einer Lupe (Okular) ein nochmals vergrößertes, virtuelles Bild, das dann mit dem Auge betrachtet wird. Die wesentlich gesteigerte Leistungsfähigkeit des Mikroskops gegenüber einer Lupe beruht also auf der Tatsache, dass mit der Lupe (= Okular) nicht direkt das Objekt, sondern das vom Objekt erzeugte, vergrößerte Bild des Objekts betrachtet wird.

Insbesondere die Biologie hat von dieser Leistungsfähigkeit, Strukturen und Vorgänge an lebendem Gewebe studieren zu können, enorm profitiert. Zellen und Bestandteile wurden entdeckt und beschrieben. Auch in der Infektionsforschung wird der Zusammenhang von Mikroorganismen und Krankheiten durch die immer weiter verbesserten Mikroskope und Techniken (Anfärbung, beweglicher Objekttisch oder später auch binokulare Mikroskope mit zwei Okularen) deutlich. 1882 ist es Robert Koch der als erster die Tuberkulosebakterien unter seinem Mikroskop entdeckt und dafür später mit den Nobelpreis ausgezeichnet wird.

Konfokalmikroskopie

Die Lichtmikroskopie stößt jedoch an ihre Grenzen, sobald der Versuch unternommen wird, Vorgänge im Innern eines Gewebes sichtbar zu machen. Denn aufgrund unterschiedlicher Dichte verschiedener Strukturen kommt es zu einer vielfachen Streuung und Brechung des Lichts, wodurch Auflösung und Kontrast des Abbilds verringert wird. Deswegen nutzt man heute unter anderen die sogenannte konfokale Mikroskopie. Dabei wird das Objekt nicht von einem Lichtstrahl zur Gänze beleuchtet, sondern ein Laserstrahl wird auf einen Punkt des zu untersuchenden Objekts gerichtet und nur das von dort reflektierte Licht wird vom Detektor des Mikroskops eingefangen. Es wird also zunächst nur ein Bildpunkt erzeugt. Zumeist durch ein bewegliches Spiegelsystem wird dann der Laser Stück für Stück über das Objekt geleitet und Punkt für Punkt gescannt, um das Objekt vollständig abzubilden. Das eigentliche Bild entsteht dann durch digitale Verarbeitung im Computer.

Am MPI für Immunbiologie und Epigenetik arbeiten wir mit einer Vielzahl unterschiedlicher Mikroskope und Technologien: darunter natürlich klassische Lichtmikroskopie aber auch konfokale Laser-Rastermikroskopie sowie Fluoreszenzmikroskopie.

Wer mehr über die Mikroskopie erfahren möchte, dem sind diese Quellen empfohlen:

• Lichtmikroskopie online - Theorie und Anwendung (Universität Wien)
• Pimp your brain: Konfokale Laser-Scanning Mikroskopie (Video des MPIMP Golm, youtube)
• Schärfer als das Licht erlaubt (MAX Wissen-Heft der MPG darüber, wie Forscher:innen die Grenzen der Lichtmikroskopie überwinden)