'Eureka!' roep je niet alleen

Op een winderige zomerdag in 1674 maakte Antoni van Leeuwenhoek een boottochtje over het Berkelse meer, vlakbij zijn woonplaats Delft. Over het water hing een wittige waas en er dreven groene wolkjes in, die Van Leeuwenhoek nieuwsgierig maakten. Hij deed wat water in een flesje, zodat hij het de volgende dag thuis rustig kon bekijken, met een microscoop.

Sinds een paar jaar maakte Van Leeuwenhoek (1632-1723) namelijk zelf microscoopjes en hij had er al veel verrassends mee gezien. Minuscule lichaamsdelen van insecten bijvoorbeeld, en bolletjes die bleken te drijven in melk en in bloed. Maar het water uit het Berkelse Meer leverde een ontdekking op van een andere orde: er zwommen wezentjes in, waarvan niemand het bestaan ooit had vermoed. Sommige waren rond, andere ovaal, en er waren ook langgerekte schepsels die zichzelf opkrulden tot een spiraal. Al dat leven bewoog kriskras door elkaar en het was zo klein dat Van Leeuwenhoek versteld stond. Eerder had hij wel kleine beestjes gezien, zoals de kaasmijt, waarvan volwassen exemplaren een halve millimeter lang konden worden. Maar in het water bewogen beestjes die een factor duizend kleiner waren.

Dit was een doorbraak. Want met zijn ontdekking had Van Leeuwenhoek een nieuwe wereld geopend. Die van de micro-organismen, die de mensheid tot dan toe waren ontgaan, maar die een cruciale rol bleken te spelen in het menselijk lichaam, in ons voedsel, en in de rest van de natuur.

Dit is wetenschapsgeschiedenis zoals we het graag horen: een verhaal over een slim persoon, een genie misschien zelfs, die zomaar ineens in zijn eentje een doorbraak beleeft. Over Isaac Newton (1643-1727) bijvoorbeeld, die rustig onder een boom zou hebben gezeten toen er een appel naar beneden viel, waardoor hij de inval kreeg dat er zoiets bestond als zwaartekracht. Of, een heel stuk verder terug in de geschiedenis, over Archimedes (circa 287-212 voor Christus), die al badderend zou hebben bedacht hoe hij moest achterhalen of een kroon van puur goud was gemaakt: een koning had een kunstenaar een klomp goud gegeven om een nieuwe kroon te maken. Toen die af was, maakte de koning zich zorgen dat de kunstenaar vals had gespeeld. Wellicht had hij de kroon voor een deel uit goedkoper materiaal gefabriceerd, zoals zilver, en had hij een deel van het goud achtergehouden.

De kroon was even zwaar als de oorspronkelijke klomp goud, maar dat sloot gesjoemel niet uit. En het was Archimedes’ taak om de kwestie op te lossen. Daarvoor moest hij het exacte volume van de kroon meten, maar dat was ondoenlijk omdat er allerlei fijne versieringen aan zaten. Dus overdacht Archimedes de zaak terwijl hij lag te dobberen en zo kreeg hij een ingeving: leg de kroon in een bad en kijk hoeveel het water stijgt. Bepaal het volume van het gestegen water en, ta-da, daar is het volume van de kroon. Vergelijk die met de omvang van de goudklomp en de koning heeft zijn antwoord: als de volumes gelijk zijn, had de kunstenaar zich netjes gedragen. Maar als de kroon groter is, heeft de maker een goedkoper, lichter materiaal bijgemengd, zoals zilver. Archimedes was zo in zijn nopjes met dit idee dat hij – zo wil het verhaal – het bad uitstapte en naakt de stad door rende, terwijl hij eureka, eureka riep: ik heb het gevonden.

Eenzame meesterbreinen

Dat is een grappig beeld en meer dan twee millennia na dato is zijn uitroep het thema van de Maand van de Geschiedenis. Maar de kans is klein dat het echt zo is gegaan. Het verhaal over de blote Archimedes is hoogstwaarschijnlijk een mythe, net als dat van Newton en zijn appel: achteraf verzonnen en hardnekkig, omdat dit soort vertellingen een overzichtelijke boodschap in zich dragen: grote doorbraken komen van grote geesten die vanwege hun genialiteit vatbaar zijn voor briljante ingevingen.

De werkelijkheid is anders, en nieuwe ideeën zijn doorgaans het resultaat van ploeterwerk. Niet van eenzame meesterbreinen in een bad of onder een boom, maar van samenwerkende denkers en onderzoekers die zich voeden met elkaars ideeën.

Neem opnieuw Archimedes, geboren op Sicilië, in de stad Syracuse, en werkzaam als uitvinder, wiskundige en natuuronderzoeker. Hij bracht waarschijnlijk flink wat tijd door in Alexandrië, Egypte, want dat was in zijn tijd hét centrum van geleerdheid. Daar werden teksten bewaard van denkers uit het verleden en daar kwamen intellectuelen bij elkaar. Archimedes sloot er vriendschappen met onder meer Eratosthenes van Cyrene, die de omtrek van de aarde al verrassend nauwkeurig wist te berekenen. En met Konon van Samos, die de sterrenhemel onderzocht en zonsverduisteringen bestudeerde. Nadat hij Alexandrië had verlaten en was teruggekeerd in Syracuse, wisselde Archimedes nog lang brieven uit met die twee, over allerlei wiskundige zaken. Dus ook hij laafde zich aan andermans gedachten.

Newton kon knorrig zijn en flink ruziemaken. Maar zelfs voor hem waren collega's onontbeerlijk

Mede dankzij die input kon hij opmerkelijke werken schrijven, bijvoorbeeld over de grootte van het heelal, en het aantal zandkorrels dat daarin zou passen. Na stug rekenwerk en dankzij slimme wiskundige stappen kwam hij op een getal met 63 nullen.

Dat waren veel zandkorrels, al schatte Archimedes het heelal achteraf gezien wat klein in. Maar het is flauw om hem dat te verwijten want hij had nauwelijks middelen om de verre ruimte te onderzoeken. De kern is hier dat Archimedes, net als de meeste denkers van betekenis, bereid was uren te maken en lang na te denken over taaie zaken.

Universele zwaartekracht

Een zelfde verhaal kunnen we vertellen over Newton. Want ook hij had de input en steun van anderen nodig – ook al was hij niet de gezelligste persoon uit de geschiedenis: Newton kon knorrig zijn en flink ruziemaken. Maar zelfs voor hem waren collega’s onontbeerlijk.

Newton sloot zich dan ook aan bij een van de eerste wetenschappelijke clubs uit de geschiedenis: de Royal Society of London, die in de jaren 1660 was ontstaan. Daar kwamen mannen – onderzoek was een mannenzaak – bij elkaar om natuurkundige proeven te doen, wetenschappelijke nieuwtjes uit te wisselen en filosofische kwesties te bespreken. Newton kon daar discussiëren over bijvoorbeeld de banen van planeten en andere hemellichamen, en de natuurwetten waaraan die banen gehoorzaamden. Hij sprak er bijvoorbeeld met Edmond Halley, die de bewegingen van kometen bestudeerde, en Newton daarover informatie gaf.

Tussen de geleerden van zijn tijd was Van Leeuwenhoek een enigszins uitzonderlijk figuur

Mede dankzij de gegevens van Halley kon Newton zijn belangrijkste boek schrijven, de Principia Mathematica, uit 1687. Daarin legde hij uit dat zware dingen, zoals sterren en planeten, elkaar aantrokken. Dat principe, van de ‘universele zwaartekracht’, verklaarde de bewegingen van de hemellichamen, zo liet hij zien.

Maar het belang van samenwerking blijkt misschien wel het meest uit de geschiedenis van Antoni van Leeuwenhoek en zijn waterdiertjes.

Tussen de geleerden van zijn tijd was Van Leeuwenhoek een enigszins uitzonderlijk figuur. Hij had niet gestudeerd en verdiende de kost eerst als handelaar in stoffen en fournituren en daarna als administratieve en rekenkundige steun en toeverlaat aan het Delfts stadhuis. Zijn microscopische werk deed hij in zijn vrije tijd en in zijn eentje, en dat gold ook voor zijn onderzoek naar het water uit het Berkelse Meer.

Op het eerste gezicht was hij dus typisch het soort solistische onderzoeker waar de populaire eureka-verhalen over gaan. Maar bij nader inzien was ook hij onderdeel van een geleerd netwerk. Dat begon met een vriend uit Delft, de arts Reinier de Graaf. Die was op de hoogte van de laatste wetenschappelijke ontwikkelingen en had bovendien connecties. Toen Van Leeuwenhoek aan het begin stond van zijn onderzoekscarrière, introduceerde De Graaf hem per brief bij de Royal Society, en de leden bleken geïnteresseerd in zijn microscopische werk. Van Leeuwenhoek en de Society zouden een halve eeuw lang brieven uitwisselen over de ‘vermakelijke’ zaken die hij door zijn lenzen zag. En in 1680 werd hij lid gemaakt van de club – een eer waarop hij apetrots was.

Opzienbarende waarnemingen

In de vijftig jaar dat hij met de Londense geleerden correspondeerde, zou Van Leeuwenhoek allerlei opzienbarende waarnemingen doen. Hij zag kleine diertjes in zijn eigen sperma, en in dat van hanen, reuen en andere dieren. ‘Zaadcellen’ noemen we die nu. In een mix van tandplak en speeksel ontwaarde hij diertjes die vele malen kleiner waren dan die in het Berkelse water: bacteriën, weten we inmiddels. En hij beschreef de structuur van kristallen, hout, spieren en alle materialen en dieren die hij in handen kreeg.

Hij zag kleine diertjes in zijn eigen sperma, 'zaadcellen' noemen we die nu

In Londen probeerden Society-leden zijn observaties te herhalen. Makkelijk was dat niet, want Van Leeuwenhoek was ongekend handig en zelfs met allerlei tips kostte het de Londenaren soms grote moeite om te zien wat Van Leeuwenhoek had ontdekt. Maar het was wezenlijk dat zij de ontdekkingen tegen het licht hielden, want vergissen is menselijk. En als alleen Van Leeuwenhoek de diertjes en structuren kon ontwaren, en niemand anders, dan waren ze misschien een product van zijn verbeelding. Of van een fout in zijn ogen, of van zijn manier van werken: dan bestonden al die bijzondere dingen dus niet echt. Met die mogelijkheid moeten onderzoekers altijd rekening houden en daarom is controle een essentieel onderdeel van de wetenschappelijke samenwerking. Dankzij de controle accepteerden andere onderzoekers Van Leeuwenhoeks ontdekkingen. Zijn brieven werden gepubliceerd in wetenschappelijke bladen en geleerden gingen bij hem op bezoek om mee te kijken door zijn lenzen. Hij werd dus onderdeel van een intellectueel netwerk.

Van Leeuwenhoek hield er soms nogal stellige overtuigingen op na, die niet altijd juist waren

Maar de samenwerking binnen dat netwerk kende zijn grenzen en dat had opnieuw te maken met Van Leeuwenhoeks uitzonderlijke handigheid. Heel bedreven sneed hij in beestjes, in hout, en in ander onderzoeksmateriaal. En hij wist allerlei petieterige stukjes onderzoeksmateriaal buitengemeen netjes voor zijn lenzen te krijgen. En die lenzen, die hij zelf fabriceerde, waren ook nog eens indrukwekkend goed: met weinig luchtbellen of vuiltjes die het beeld konden verstoren.

Andere onderzoekers waren minder sterk in het handwerk en daarom hinkten ze vaak achter Van Leeuwenhoek aan. En daardoor kwam hij als onderzoeker geleidelijk aan alleen te staan. De briefwisseling met andere geleerden bleef doorgaan, net als de bezoekjes aan zijn huis. Maar zijn lezers en visite keken mee met zijn werk, en droegen zelf weinig bij.

Dat was een serieus probleem want Van Leeuwenhoek hield er soms nogal stellige overtuigingen op na, die niet altijd juist waren. Zo meende hij te weten dat zijn minuscule waterdiertjes op een zelfde manier in elkaar zaten als de dieren die hij met het blote oog kon zien: dat ze een kop hadden, bijvoorbeeld, en poten of vinnen, bloedvaten enzovoort. Niet dat hij al die onderdelen kon zien, want daarvoor waren ze doorgaans veel te klein. Maar hij was vast overtuigd dat ze bestonden.

Onterecht, weten we inmiddels. De diertjes die Van Leeuwenhoek zag in het Berkelse water verschilden wezenlijk van grote dieren. Ze hadden geen koppen, staarten en poten, en al helemaal geen bloedvaten. Maar dat werd pas duidelijk toen veel onderzoekers zich met de diertjes gingen bemoeien, ideeën uitwisselden en elkaar stimuleerden. En daarvoor moesten ze leren samenwerken.

Bouwstenen van het leven

Om dat te bewerkstelligen waren onderlinge afspraken nodig, bijvoorbeeld over de meeteenheden die ze hanteerden. Heel spannend klinkt dat misschien niet, maar belangrijk was het wel. Van Leeuwenhoek had de afmetingen van zijn diertjes vergeleken met bijvoorbeeld de diktes van een haar, of de omvang van een gerstekorrel. Dat was voldoende om zijn lezers een indruk te geven hoe ontzettend klein de wezentjes waren. Maar voor serieuze uitwisseling van gegevens was het hopeloos vaag. Daarvoor waren duidelijke standaarden en daarom gebruikten Van Leeuwenhoeks opvolgers in de late achttiende eeuw strak gedefinieerde eenheden, zoals de micrometer. Op die manier konden onderzoekers in Holland, Engeland en de rest van de wereld hun microscopische observaties grondig vergelijken.

Voor echte wetenschappelijke vooruitgang is groepswerk nodig

Vervolgens ging het snel met de inzichten in de diertjes die Van Leeuwenhoek als eerste had gezien, maar nooit echt had begrepen. Samen vogelden de wetenschappers uit hoe ze in elkaar zaten. En ze constateerden dat grote dieren soortgelijke structuren bevatten: cellen, die de bouwstenen bleken van het leven.

Dat was het waarlijk grote inzicht. Met zijn onderzoek van het Berkelse water had Van Leeuwenhoek daaraan een bijdrage geleverd. Maar daarna was er nog veel werk nodig geweest, en vooral heel veel overleg, voordat wetenschappers het belang van de diertjes bevatten. Want één mens kan aardige stappen zetten, maar voor echte wetenschappelijke vooruitgang is groepswerk nodig.