Fue el primero en realizar importantes observaciones con microscopios
fabricados por él mismo. Desde 1674 hasta su muerte realizó numerosos
descubrimientos. Introdujo mejoras en la fabricación de microscopios y
fue el precursor de la biología experimental, la biología celular y la
microbiología. Heredó la labor de Jan Swammerdam (1637-1680) que vivió
en Ámsterdam.
Fue probablemente la primera persona en observar bacterias y otros
microorganismos. En una carta fechada el 7 de septiembre de 1674, evoca
por primera vez las minúsculas formas de vida que observó en las aguas
de un lago cerca de Delft. Después de haber mencionado de nuevo estas
criaturas en dos cartas, una del 20 de diciembre de 1675 y otra del 22
de enero de 1676, en una extensa carta de diecisiete hojas, fechada del 9
de octubre de 1676, describe lo que actualmente denominamos
protozoarios, especialmente los ciliados de los que se alimentan de las
algas (Euglena y Volvox).
Otra parte fundamental de su trabajo experimental fue su férrea oposición a la teoría de la generación espontánea.
Todos sus descubrimientos fueron compilados en: Opera omnia sive Arcana naturae ope exactissimorum microscopiorum detecta.
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