Ein 250 Jahre altes Instrument für Forschung und Lehre
Aufgrund einer großzügigen Spende konnte die Arzneimittelhistorische Sammlung Braunschweig vor kurzem um ein Objekt bereichert werden, das für die Geschichte der Lebenswissenschaften im 19. Jahrhundert eine zentrale Bedeutung erlangt hat. Wir assoziieren es heute eher mit den Bereichen der Medizin und der Grundlagenforschung, aber es spielte auch für die Entwicklung der modernen Chemie und Pharmazie eine wichtige Rolle. Bis heute lernen nicht nur Studierende der Biologie und der Medizin, sondern auch Pharmaziestudierende, mit einem Mikroskop umzugehen. Das hier abgebildete Mikroskop mit seinem massiven Stahlfuß und einem ganzen Satz an verschiedenen Okularen stammt in etwa aus dem Jahr 1875. Zwischen 1875 und 1877 nimmt die Zahl der Seriennummern der von der Firma Leitz in Wetzlar hergestellten Mikroskope stark zu. Es muss also zu diesem Zeitpunkt schon eine relativ große Nachfrage bestanden haben. Die durchdachte Ausstattung des Kastens mit seinen zahlreichen, sorgfältig in kleinen Halterungen verstauten Zubehörteilen zeugt ebenfalls davon, dass sich zu dieser Zeit ein stabiler Markt gebildet haben muss.
Wo genau dieses Gerät Ende des 19. Jahrhunderts eingesetzt wurde, ist nicht bekannt. Es hat keine integrierte Lichtquelle. Das Licht wird mit Hilfe eines Spiegels auf das Objekt geworfen, das auf einem gläsernen Objektträger mithilfe der Arretiervorrichtung befestigt wird und dann so unter der Linse verschoben werden kann, um alle Teile der betrachteten Probe zu untersuchen. Dabei kann es sich um Gewebeschnitte tierischen, menschlichen oder pflanzlichen Ursprungs handeln, aber auch um anorganische Proben, wie etwa Kristalle. Im Bestand der arzneimittelhistorischen Sammlung Braunschweig finden sich Objektträger aus dem 20. Jahrhundert, die aus einer Klinik stammen: Ausstriche von Blut oder anderen Flüssigkeiten sowie Gewebeschnitte. Die Präparate sind mit verschiedenen pflanzlichen und chemischen Mitteln gefärbt. Da einige der Objektträger mit typischen Diagnosen beschriftet sind, waren die Kästen vermutlich Teil einer Lehrsammlung zur Histopathologie.
Kleine Dinge ganz groß: Der Einzug des Mikroskops in die Forschung
Ende des 19. Jahrhunderts blickte die Mikroskopie bereits auf eine dreihundertjährige Geschichte zurück, ein paar Highlights seien erwähnt. Einen wahren Sensationserfolg erzielte Robert Hooke (1635–1703). In seinem großformatigen und aufwändig gedruckten Werk „Micrographia” (zuerst 1665) beschreibt er ein zweilinsiges Mikroskop, das fast wie ein umgedrehtes Fernrohr aussieht. Hooke war ein Universalgelehrter, der sich durch die Verbindung von zeichnerischem und mechanischem Geschick mit einem breiten Interesse an wissenschaftlichen Fragestellungen auszeichnete.
Hooke forschte in den Bereichen Optik, Geometrie, Astronomie und Erdgeschichte. Außerdem war er der Baumeister des berühmten Londoner Architekten Christopher Wren. Seine Beiträge als Instrumentenbauer zu den Luftpumpenexperimenten von Robert Boyle, mit denen dieser an die Vakuumexperimente von Otto von Guericke anknüpfte, waren von wesentlicher Bedeutung. Für die Gründungsmitglieder der „Royal Society“, eine „Boygroup“, die sich mit dem Segen des englischen Königs auf die Experimentalisierung der Naturwissenschaften gestürzt hatte, war Hooke mit seinen technischen Kenntnissen so etwas wie ein unentbehrliches Faktotum.
Die Mitglieder der Royal Society fanden Hookes eigene Forschungen mit dem Mikroskop wohl besonders unterhaltsam, denn er musste in jeder ihrer wöchentlichen Sitzungen eines der Objekte vorstellen, die er mit seinem Auflichtmikroskop untersucht hatte. Mit diesem Instrument konnte Hooke bis zu 130-mal vergrößern und die Objekte detailliert abzeichnen. Dabei zeigte er alles, was ihm in die Hände fiel: von einer Nadelspitze über verschiedene Fasern und Insekten bis hin zu einem Stück Kork. Schließlich erschienen seine Ergebnisse in Buchform.
In der Widmung seines Buchs an den König spielt Hooke mit dem Wort „humble”, also „bescheiden”. Er bezeichnet sich selbst als bescheidenen Untertanen („subject”), der mit diesem Buch kleine („humble”) Dinge („subjects”) präsentiere. Sensationell waren nicht nur die ästhetisch ansprechenden Kupferstiche, bei denen kleine Dinge, beispielsweise ein Fliegenauge, groß herauskamen. Die großformatigen, nach Zeichnungen angefertigten Stiche erweckten den Eindruck, dass in unserer sichtbaren Welt viele kleinere Welten verborgen seien. So erinnerte das Porträt einer Laus an einen gefährlichen Krieger und eine Kultur von Schimmelpilzen sah unter dem Mikroskop aus wie eine eigene Blumenwiese. Hooke verwendete auch den Ausdruck „Zellen” für pflanzliches Gewebe, bezeichnete damit aus heutiger Sicht jedoch die Hohlräume zwischen den Gefäßbündeln einer Korkscheibe. Mit seinem Mikroskop konnten bereits Krankheitserreger von Hautkrankheiten sichtbar gemacht werden, wie Hookes Bilder von Milben zeigen.
Im 17. Jahrhundert wurde das Thema der optischen Täuschung intensiv debattiert. Wenn unsere Augen uns über die Perspektiven-Verhältnisse von Objekten täuschen und große Dinge in der Entfernung kleiner aussehen lassen, als sie sind, wie können wir dann glauben, dass das, was wir im Mikroskop sehen, der Wirklichkeit entspricht? Die Beweisführung der Zustimmenden lag paradoxerweise darin, dass sich das Funktionieren des menschlichen Auges mit denselben Gesetzen der physikalischen Optik erklären ließ, die auch für das Zustandekommen des mikroskopischen Bildes im Mikroskop galten. In beiden Fällen brachen Linsen die von den Objekten ausgehenden Lichtstrahlen, die schließlich im Inneren unseres Auges (der Retina) zu einem neuen Bild zusammengesetzt wurden. Mikroskope verlängerten also unsere Augen, die uns die Natur schließlich verliehen hatte, um Naturdinge zu erkennen, wie Jutta Schickore 2007 herausgearbeitet hat. Die Gegner:innen vertrauten jedoch weder der Zuverlässigkeit des menschlichen Auges noch derjenigen von optischen Instrumenten. Allerdings waren die Mikroskope des 17. und 18. Jahrhunderts technisch auch alles andere als perfekt.
Mit der Einführung achromatischer Mikroskope, besonders durch die Firmen Zeiss und - wie in unserem Beispiel - Leitz, in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts gerieten die Diskussionen über Artefakte langsam in den Hintergrund. Gleichzeitig wurde der Aufbau pflanzlicher und tierischer Gewebe genauer erforscht.
Warenkunde und Botanik - das Mikroskop wird unentbehrlich
Wenn Waren über weltweite Handelswege ankamen, war man entweder auf das Vertrauen gegenüber den Handelspartnern angewiesen – oder auf Kontrolle. Dieses Prinzip galt schon im 17. Jahrhundert für Tuchhändler, die Lupen oder Mikroskope zur Kontrolle einsetzten. Besonders im Handel mit Rohmaterialien für Medikamente war die Identitäts- und Qualitätskontrolle von pflanzlichen oder auch tierischen Drogen essenziell.
Die Einbindung der Mikroskopie in die biologische, medizinische und pharmazeutische Forschung hing auch von den erwähnten technischen Optimierungen der Optik ab. Ende der 1850er Jahre begannen die Preise der Instrumente zu sinken. Zeitgleich bemühten sich insbesondere Mediziner und Botaniker um eine Verbesserung der Mikroskopiertechnik. Es wurden Färbetechniken für Gewebe entwickelt. Das erste moderne Lehrbuch der Pharmakognosie, das für das Collegium Carolinum nachgewiesen werden konnte, stammte von Matthias J. Schleiden (1804–1881), einem der Begründer der Zellenlehre. Diese besagt, dass ein Organismus aus Zellen besteht, die für dessen Entwicklung und Wachstum verantwortlich sind. Schleiden setzte mikroskopische Bilder von Pflanzenteilen für die Speziesdiagnostik ein, die er nach eigenen Zeichnungen abdrucken ließ. Dies war von großer Bedeutung für die Weiterentwicklung der botanischen Systematik sowie für die korrekte Einordnung pflanzlicher Drogen, die aus dem Handel bezogen und anschließend in Apotheken zu Medikamenten verarbeitet wurden. Am Beispiel des fast 100-seitigen Kapitels über die in Europa in großen Mengen konsumierte Chinarinde wird dies deutlich: Obwohl Forschende und Südamerika-Reisende immer mehr Arten der das Fiebermittel Chinin enthaltenden Gattung Cinchona beschrieben hatten, konnte nur eine Zusammenführung der botanischen und der mikroskopischen Kenntnisse am Ende eine eindeutige Zuordnung und damit eine gesicherte Qualität der Drogen gewährleisten. Da immer nur Teile der Pflanze in den Handel kamen, blieben die Beschreibungen uneindeutig. Zudem kritisierte Schleiden die Unkenntnis vieler Pharmakognost:innen über die Struktur der einzelnen Pflanzenteile, die sie vor sich hatten: „... dass sich die Pharmakognosie bis fast in die neueste Zeit hinein nur auf dem Standpunkt der rohesten Empirie bewegte.” (Schleiden 1857, S. 227).
Wissenschaftler hätten die Unterschiede zwischen den verschiedenen im Handel befindlichen Rinden beschrieben, ohne sich die Frage zu stellen, „was eine Rinde überhaupt sei, welche ihre ursprüngliche Zusammensetzung sei, welche ihre späteren Veränderungen seien und welche Teile daher bei verschiedenen Rinden oder in verschiedenen Zuständen derselben Rinde zu unterscheiden seien” (Schleiden 1857, S. 227). (Schleiden 1857, S. 227).
Schleiden bemüht sich nun selbst, den geweblichen Aufbau von Rinden und die unterschiedlichen Zellarten, die sie enthalten, zu beschreiben und abzubilden. Er plädiert somit für eine wissenschaftliche Grundlegung der Pharmakognostik mit den Mitteln der Botanik und der sich entwickelnden Zellenlehre.
Das Mikroskop im Pharmaziestudium
Bis heute lernen Studierende im Pharmaziestudium nicht nur, das Aussehen frischer Pflanzen zu erkennen, sondern auch, getrocknete Pflanzenteile mittels Lupe und Mikroskop zu identifizieren und auf Verunreinigungen zu untersuchen. Mit der Akademisierung des Pharmaziestudiums kamen Mikroskope auch in das Ausbildungsprogramm der Studenten. Studentinnen wurden erst ab 1899 zugelassen.
Dies lässt sich auch für den Standort Braunschweig nachweisen. Für die Forschung waren am Collegium Carolinum in Braunschweig bereits in den 1840er Jahren Mikroskope vorhanden.
Friedrich Julius Otto (1809–1870), der am Collegium Chemie und Pharmakognosie lehrte, setzte in seiner Forschung schon früh Mikroskopie ein.
So zeigte er in seinem Lehrbuch der forensischen Chemie auf, dass die oktaedrische Form von sublimiertem Arsentrioxid im Mikroskop erkennbar war. Diese Methode sollte die bekannten chemischen Reaktionen zum Nachweis des Gifts absichern. Auch andere metallische Gifte wurden mittels des Bildes, das sie im Mikroskop ergaben, identifiziert. Otto ist heute allerdings weit bekannter und im Studium relevanter für den nach ihm benannten Stas-Otto-Gang, der die Differenzierung giftiger Alkaloide mit chemischen Methoden ermöglicht.
Die Abbildung seines Zeitgenossen A. Helwig zeigt mikroskopische Bilder von Arsenik, links unten sind die Oktaeder am besten zu erkennen.
Dieses Buch ist etwas Besonderes, denn die mikroskopischen Bilder sind in Form von Fotografien eingebunden - eine seltene Erscheinung. Hier zeigt sich, dass Mikroskopie, Mikrofotografie und die Weiterentwicklung von Reproduktionstechniken im Druckgewerbe Hand in Hand gegangen sind.
Der regelmäßige Einsatz des Mikroskops im Unterricht der Pharmazie fällt ziemlich genau mit dem vermutlichen Herstellungsdatum des hier vorgestellten Mikroskops zusammen, nämlich 1872/73. Damals kündigte der Botanik-Professor W.-H. Blasius im Vorlesungsverzeichnis Übungen mit dem Mikroskop auch für Pharmazie-Studenten an.
Die Erweiterung der diagnostischen Kenntnisse erfolgte sowohl in chemischer als auch in botanischer Hinsicht. Sie erlaubte Verfeinerungen in der Speziesdiagnostik, d.h. in der Entscheidung, zu welcher der vielen verschiedenen Arten einer Gattung eine bestimmte Pflanze gehörte und in wieviele Arten eine Gattung eingeteilt werden musste. Pflanzen, die sich äußerlich ähnlich sehen und vielleicht traditionell auch für dieselben Indikationen verwendet werden, können dennoch verschiedenen Arten angehören. Die Differenzierung der mikroskopischen Pflanzendiagnostik war ein wichtiges Mittel, um einen weiteren Zweig der Pharmakognosie, nämlich die Erforschung der wesentlichen Inhaltsstoffe von Pflanzen, zu ergänzen.
Das Mikroskop blieb weiterhin ein zentrales Prüfmittel zur Qualitätssicherung von Arzneimitteln. Bereits im Jahr 1872 wurde die mikroskopische Prüfung von Stärke in das Deutsche Arzneibuch aufgenommen. Die Kenntnisse in Botanik und Pharmakognosie sind bis heute zentraler Bestandteil des Pharmaziestudiums. Dabei spielten Lehrsammlungen eine große Rolle. Die hier gezeigten Bilder zeugen davon. In der arzneimittelhistorischen Sammlung Braunschweig finden sich mehrere Sätze von Lehrdrogensammlungen, die sowohl für die pharmazeutische Warenkunde der angehenden Drogist:innen als auch für die Kenntnisse der Studierenden wichtig waren. Auch das Institut für Pharmazeutische Biologie verfügt über eine umfangreiche Sammlung historischer und aktueller Arzneidrogen, die von der Kontinuität dieser Geschichte zeugen.