Otec mikrobiologie pod mikroskopem zkoumal zubní plak, prvoky i vlastní sperma

Vynález dalekohledu, k němuž došlo na přelomu šestnáctého a sedmnáctého století, zažehl revoluci v názorech člověka na vesmír i sebe samého. Avšak takřka ve stejnou dobu, kdy lidé nahlédli do nekonečných hlubin kosmu, začala probíhat revoluce i na opačné straně spektra a odhalila, že nespočet nečekaných tajemství leží také v mikrosvětě, který do té doby zůstával lidským očím skrytý.

Schopnosti vody či skla zvětšovat předměty si lidé byli vědomi už ve starověku a traduje se, že první „mikroskopy“, jež sestávaly z trubice opatřené z obou stran sklíčky a byly vyplněné vodou, se používaly už před několika tisíci lety v Číně. Plnohodnotné optické mikroskopy se ovšem objevily daleko později, byť tvůrce, respektive tvůrci toho prvního zůstávají sporní.

Označováni za ně bývají nizozemský výrobce čoček Hans Janssen a jeho syn Zacharias, kteří podle dopisu Williamu Boreliovi první optický mikroskop sestrojili v roce 1590. Sice se nedochoval, nicméně ve sbírkách muzea v nizozemském Middelburgu se nachází přístroj s až devítinásobným zvětšením, který kolem roku 1595 vyrobil možná sám Janssen a jenž se svému předchůdci zřejmě docela podobá. Jedná se o soustavu tří trubic: jedna slouží jako pouzdro, do nějž lze zbylé dvě zasunout. Okulár je opatřen dvojvypuklou čočkou, objektiv ploskovypuklou.

Ke zvědavcům, které mikroskopie během následného šíření Evropou zaujala, patřil i Galileo Galilei (1564–1642), který za tímto účelem přebudoval svůj dalekohled, ale to bylo kvůli nutnosti použít mimořádně dlouhý tubus, poněkud těžkopádně řešení. V roce 1624 se Galilei seznámil s mikroskopem, který zkonstruoval nizozemský výrobce čoček Cornelius Drebbel (1572–1633), a sám podle všeho začal podobné přístroje také vyrábět.

Jeden takový na podzim téhož roku poslal italskému učenci Federicu Cesimu (1585–1630), který se ihned pustil do pozorování a už o rok později publikoval společně s Francescem Stellutim (1577–1652), krátké pojednání nazvané Apiarium, které obsahovalo detailní kresby včelího těla. Drobnohled, který Cesi dostal od Galilea, se ještě nenazýval mikroskop, ale nesl název occhiolino. Slovo mikroskop se poprvé objevilo až v dopise, který Cesimu později zaslal německý lékař a botanik Giovanni Faber (1574–1629).

Mikroskopie se rychle rozvíjela a objevily se nejrůznější typy přístrojů, včetně jednočočkových, které tvořila trubice, jež byla na jednom konci osazena skleněnou koulí a na druhém obyčejným sklíčkem. Většina přístrojů byla ovšem opatřené dvěma čočkami (šlo tedy o složený mikroskop). Mikroskop byl ale zpočátku chápán především jako prostředek k pobavení, tedy jako něco bez většího praktického užitku. Tento pohled se však díky některými systematičtějším pozorovatelům začal pozvolna měnit.

Jedním z nich byl francouzský chemik, alchymista a lékař Pierre Borel (1620–1671), který v roce 1653 publikoval práci Historiarum et Observationum Medicophysicarum Centuria prima. Popisuje v ní mimo jiné pozorování krvinek (považoval je za choroboplodné červy) či detailní stavby tkání řady orgánů od srdce a ledvin po varlata či plíce. O několik let později si německý učenec Athanasius Kircher (1602–1680) všiml, že se v krvi pacientů, kteří zemřeli na mor, nacházejí jakási drobná tělíska a napadalo jej, jestli by právě ona nemohla být příčinou onemocnění. Mnohem později sice vyšlo najevo, že mor skutečně způsobuje bakterie, avšak není pravděpodobné, že by je Kircher drobnohledem s přibližně třiatřicetinásobným zvětšením skutečně mohl vidět.

Mikroskop se pomalu, leč jistě etabloval jako důležitý vědecký nástroj. V tomto smyslu s ním pracoval italský lékař a přírodovědec Marcello Malpighi (1628–1694), který roku 1661 publikoval práci De Pulmonibus Observationes Anatomica. V ní vylíčil objev vlásečnic v plicích žab, čímž dokázal platnost teorie o existenci malého krevního oběhu (oběh krve mezi srdcem a plícemi). O několik let později zveřejnil svá zjištění o bourci morušovém a vyslovil domněnku, že hmyz k dýchání nepoužívá plíce jako my, ale takzvané vzdušnice.

K nejvýznamnějším a dodnes fascinujícím dílům z raných dob mikroskopie nepochybně patří několikasetstránková Micrographia z roku 1665, jejímž autorem anglický polyhistor Robert Hooke (1635–1703). Kniha obsahovala mnoho úžasných ilustrací vytvořených samotným autorem. Krom „obyčejných“ věcí, například špičky jehly či ostří břitvy, Micrographia zachycovala i mnoho do té doby nepředstavitelně detailních obrazů ze světa zvířat.

Hooke se zaobíral stavbou vlasů, peří, hmyzích očí nebo muších křídel. K nejznámějším ovšem patří jeho nepřekonatelná kresba blechy (viz úvodní obrázek). Zajímal se však i o rostliny a při pozorování korku si v rostlinném pletivu všiml jakýchsi komůrek, které označil latinským slovem cellula. Z něj byl později odvozen anglický název pro buňku (cell). Dnes se buňka pokládá za základní stavební jednotkou všeho živého.

Nejvýznamnějším mikroskopikem druhé poloviny sedmnáctého a počátku osmnáctého století ale nebyl žádný učenec, nýbrž nizozemský obchodník s látkami Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723). Ačkoli místo složeného mikroskopu, na nějž sázela většina jeho předchůdců i současníků, používal jen „obyčejný“ jednočočkový, svedl vyrobit přístroje mnohem výkonnější než jeho konkurenti. Leeuwenhoek byl vědecký samorost. Nepůsobil v žádné učené společnosti, postrádal přírodovědné vzdělání a s mikroskopií začal podle všeho čistě pro zábavu.

Výsledky, kterých za pomoci mimořádně výkonných, vlastnoručně vybroušených čoček dosáhl, ovšem nezůstaly bez povšimnutí. V dubnu 1673 zaslal na popud nizozemského lékaře a anatoma Reiniera de Graafa (1641–1673) do londýnské Královské společnosti dopis, v němž líčil pozorování včelího žihadla či vší. Kresby svědčily o tom, že jejich autor musí pracovat s velmi výkonným drobnohledem. V Londýně však zavládla nedůvěra s tím, že obchodník s textiliemi bez náležitého vzdělání, který dokonce ani neovládá latinu (ani angličtinu), přece nemůže dosahovat lepších výsledků než Hooke a ostatní přední mikroskopici.

Leeuwenhoek se nevzdal a v pozorováních, stejně jako v zasílání zpráv o dosažených výsledcích do Královské společnosti i jiných učených institucí, pokračoval. Dopisů nakonec během čtyřiceti let odešlo přes pět set a některé obsahovaly zjištění nedozírného významu, byť podobně jako ten první leckdy budily nedůvěru. V Anglii se totiž zprvu nenašel nikdo, kdo by Leeuwenhoekova zjištění dokázal ověřit.

Nizozemec byl navíc na rozdíl od Hooka chabý kreslíř a na vytváření ilustrací si najímal profesionály, kteří se však museli spoléhat jen na jeho pokyny, protože jim poněkud paranoidně zakazoval, aby se přístrojem na vzorek podívali sami. Podobně tajnůstkářský byl i ohledně výroby svých supervýkonných mikroskopů, které dosahovaly 270násobného zvětšení a možná i většího.

A co Leeuwenhoek vlastně spatřil? K jeho nejvýznamnějším objevům patří ty z druhé poloviny 70. let sedmnáctého století. V říjnu roku 1676 adresoval do Anglie osmnáctistránkový dopis, ve kterém líčil drobnohledná zkoumání vody odebrané z rybníků či jezírek. Tvrdil, že v ní spatřil malé pohybující se tvory, které nazval „animalcules“ neboli „zvířátka“.

Očekával, že jeho zjištění budou přijata s nedůvěrou, a nemýlil se. Jejich ověření dostali postupně na starost botanik Nehemiah Grew (1641–1712) a výše zmíněný autor Robert Hooke. K dispozici ale měli jen nepříliš výkonný mikroskop poskytují přibližně třiceti až čtyřicetinásobné zvětšení a hledané živáčky nepřekvapivě nespatřili.

Avšak Leeuwenhoek si byl tím, co viděl, jistý a zůstávalo jen otázkou, jak to dokázat ostatním. K tomu, aby se vydal do Londýna přesvědčit skeptiky osobně, se neměl, proto za ním Královská společnost v létě 1677 vyslala malou delegaci duchovních pověřených tím, aby jeho tvrzení ověřili. Nechal je, aby se jeho jednočočkovým mikroskopem podívali na malé množství vody. S úžasem sledovali mrskající se droboučká zvířátka a museli dát Leeuwenhoekovi za pravdu.

Že se skutečně jedná o živé tvory jim dokázal, když do vzorku přidal ocet – pak se totiž zvířátka přestala hýbat, ale byla stále viditelná. Otázkou zůstávalo, odkud se tito tvorečkové vlastně berou? (viz dodatek Jedině z vajíčka!) Dnes víme, že šlo o bakterie, popřípadě prvoky, což je také důvod, proč se Leeuwenhoekovi přezdívá otec mikrobiologie.

Podobná zvířátka navíc našel i tam, kde by to čekal málokdo – v mužském spermatu, což bylo na svou dobu docela ožehavé zjištění. Proto také dopis, který do Královské společnosti zaslal v roce 1678, doprovodil následujícími slovy:

Leeuwenhoek tak objevil samčí pohlavní buňky a pohybující se spermie jej podnítily i k úvahám o tom, jak vůbec probíhá oplození, což tehdy zdaleka nebylo jasné.

Dalším místem, které se zvířátky hemžilo, byl zubní plak. Ani ten totiž neunikl nekonečně zvídavému oku nizozemského mikroskopika. Nezkoumal navíc jen ten vlastní, ale i plak seškrábaný z chrupu řady dobrovolníků. Zvířátka tam byla v podstatě vždy, ale našly se i výjimky. K Leeuwenhoekovu překvapení byl jednou z nich starý muž s odpudivým chrupem, což si vysvětloval tak, že zvířátka zahubil alkohol, který si muž rád dopřával.

Leeuwenhoek mikroskopem prozkoumal v podstatě vše, co mohl, a stal se nefalšovanou celebritou, což si náležitě užíval až do své smrti, která jej zastihla v úctyhodném věku devadesáti let. Jeho objevy významně přispěly k širšímu používání mikroskopů, jejich využití ve vědě i medicíně a především k mnohem hlubšímu porozumění okolnímu světu.

Leeuwenhoek byl přesvědčený, že jím objevená zvířátka se stejně jako mnohem větší tvorové musí rodit z vajíčka. Potíž byla v tom, že taková vajíčka nikdy nikdo neviděl. Mnozí navíc stále věřili, že nejen tito okem neviditelní tvorové, ale i živočichové větších rozměrů, jako například vši nebo muší larvy, vznikají přeměnou z neživé hmoty takzvaným (spontánním) samoplozením, o němž hovořil již Aristoteles. Ten si například představoval, že se žáby mohou rodit z bahna, myši ze znečištěného sena, motýli z kapky rosy a podobně.

Tato idea se nicméně v době Leeuwenhoekových objevů vzpamatovávala z rány, kterou ji v roce v roce 1668 uštědřil italský lékař a přírodovědec Francesco Redi (1626–1697). Ten důmyslným experimentem dokázal, že se muší larvy v hnijícím mase neobjevují samy od sebe, ale musí se vylíhnout z vajíček, které tam předtím moucha nakladla. Jednalo se o zásadní argument pro to, že vše živé vzniká z vajíčka. Definitivně a i pro mikroskopické organismy tuto myšlenku prokázal v polovině 19. století francouzský chemik a biolog Louis Pasteur (1822–1895).

A na závěr ještě jednou Micrographia:

Ball, C. S. (1966). The Early History of the Compound Microscope. Bios, 37(2), 51–60. http://www.jstor.org/stable/4606667

James, J. (1994). Van Leeuwenhoek’s discoveries of 1677–1678: A look too far. Micron, 25(1), 1–4. https://doi.org/10.1016/0968-4328(94)90050-7

Karamanou, M., Poulakou-Rebelakou, E., Tzetis, M., & Androutsos, G. (2011). Anton van Leeuwenhoek (1632-1723): father of micromorphology and discoverer of spermatozoa. PubMed, 42(4), 311–314. https://doi.org/10.1590/s0325-75412010000400013

Lawson, I. (2015). Crafting the microworld: how Robert Hooke constructed knowledge about small things. Notes and Records the Royal Society Journal of the History of Science, 70(1), 23–44. https://doi.org/10.1098/rsnr.2015.0057

Pecháček, P. (2024) Cesta do mikrosvěta. Živá historie, č. 5, s. 20–23.

Pickover, C. A. (2022) Kniha o medicíně: Od šamanů k robotické chirurgii. 250 milníků v historii lékařství. Dokořán, Argo, 536 s.

Small wonders: The invention of microscopy, Catalyst, 2010