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El microscopio: gran aliado de la ciencia

Por: Mou D. Khamlichi
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El microscopio trae muchos recuerdos que se vivieron durante la infancia. En esos años algunos obtuvieron como regalo, un inolvidable juego de química o biología. Los mismos incluían un hermoso aparatico negro, a través del cual se podía ver las cosas un poco más grandes.

mi primer microscopio

La verdad era que estaban ante la presencia de uno de los instrumentos más útiles para la investigación científica que ha conocido la humanidad. Y que representa el sueño de todo padre: el de ver a sus hijos convertidos en grandes científicos o inventores. 

El microscopio es un instrumento que permite ver hasta los organismos más pequeños, aquellos que no pueden ser apreciados a simple vista. Hay una ciencia que se ocupa de estudiar el universo de lo minúsculo valiéndose de esta herramienta, su nombre es Microscopia.

Básicamente, un microscopio está formado por dos lentes de aumento que por refracción multiplican la imagen hasta permitir ser captada por el ojo humano.

celulas de cebolla vista por el microscopio

El microscopio, una necesidad desde la antigüedad

Desde las antiguas sociedades griega y romana, la humanidad tuvo la necesidad de ver imágenes ampliadas. En esas épocas lejanas se usaban esferas de cristal, las cuales se llenaban de agua; con las mismas podían verse mejor tejidos y heridas. Sin embargo, lo que hoy vemos con el microscopio estaba lejos de sus miradas. 

Tanto Plinio el Viejo, etnógrafo y geógrafo, como Séneca, consejero de Nerón, cuentan que este usaba esmeraldas talladas para ver mejor las luchas entre los gladiadores; lo cual se debía a que era miope. Es esta una anécdota que bien ilustra la búsqueda de magnificar la mirada a través de cristales.

El primer microscopio, una historia controversial

Tanto la fecha como la autoría del microscopio están rodeadas de controversia, ya que en torno al mismo hay diversas versiones y falta de documentos. Se cree que su invención data del año 1590 (otras fuentes señalan la fecha de 1595) cuando Zacharías Janseen (1585-1638) inventó el microscopio.

Janssen fue un óptico holandés fabricante de lentes en el taller de su propiedad, herencia de su padre. También, se le atribuye la invención del primer telescopio. Sin embargo, la controversia no se resuelve del todo ante esta afirmación.

Esto se debe a que fue otro fabricante de lentes, Hans Lippershey, quien registró la primera patente; lo que lleva a pensar que fue él quien en verdad inventó el microscopio.

Otra versión sobre el origen del microscopio es la que le atribuye su invención a Galileo Galilei en 1609. Según esta los diseños, tanto el Janssen como el de Galileo, eran modificaciones del telescopio. Este instrumento fue inventado por un alemán: Hans Lippershey, con él se ampliaba la imagen por diez veces.

Importancia de la invención del microscopio para la ciencia del siglo XVII

Leonardo da Vinci, el sabio florentino, culminando el siglo XVI, hablaba del provecho que los lentes le prestaban a la observación y estudio de lo minúsculo. Para esa época ya se estudiaban los insectos por más pequeños que fuesen.

A ello se debe que se hablara de estos temas en un libro como el de Juan Bautista de la Porta: De la Magia Natural. En el mismo se describen los lentes cóncavos y sus propiedades magnificadoras de la imagen.

En ocasión de los resultados obtenidos con la observación microscópica de una abeja, se usó por primera vez la palabra microscopio. Fue en una publicación de la Accademia dei Lincei, la más vieja de Europa, en 1625.

De modo que la aparición del microscopio a finales del siglo XVI permitió un gran avance para la ciencia de la época. Gracias a su uso, William Harvey pudo culminar sus investigaciones sobre la sangre y su circulación, ya que pudo observar los vasos sanguíneos.

Las células muertas fueron observadas por primera vez por Robert Hooke. Él fue quien, con un lente delgado, vio que en un pedazo de corcho se abrían unas porosidades a las que denominó células. Fueron las primeras observadas hasta entonces. En su publicación de 1663 titulada Micrographia muestra dibujos de semillas, insectos, cabellos, textiles, junto a gráficos del microscopio.

El microscopio y las células vivas

Pero fue Marcello Malpighi, biólogo italiano, el pionero que, en 1667, estudió los tejidos de los seres vivos al poder mirarlos con el microscopio. Nunca antes se habían observado células vivas. La publicación de sus investigaciones fue de gran importancia; pues en ellas describió, en 1665, las células y su transporte de oxígeno en la oreja de un conejo.

Otro holandés, llamado Anton Van Leeuwenhoek, pudo observar un sinfín de microorganismos con su microscopio. Bacterias, glóbulos rojos, protozoos y espermatozoides no habían sido vistos antes que él lo hiciera. Por esta razón es considerado como el padre de la ciencia que estudia las bacterias.

Lo interesante de este gran científico es que fabricaba sus propios microscopios, tallando sus lentes según el espesor que necesitaba para sus investigaciones.

La evolución del microscopio continúa en el siglo XVIII hasta la actualidad

Llegado el siglo XVIII los microscopios y su tecnología siguieron su avance. Ello permitió progresos enormes para la ciencia médica, sobre todo en el estudio de la célula y los microorganismos.

Son varios los nombres de científicos que pueden citarse como artífices de los adelantos tecnológicos obtenidos por este valioso instrumento. En 1740 surgen los nombres de científicos como Crown y Neros. También los de Dollond y Hall. Igualmente, entre esos nombres son dignos de mención, por sus trabajos en esta dirección, Euler e Isaac Newton.

Mejoras del microscopio

Aunque durante esta centuria el microscopiologró mejoras desde el punto de vista mecánico; pues se hizo más estable y fácil de manejar, este no tuvo avances ópticos. Tales mejoras solo se alcanzaron en el siglo siguiente, pues fue Abbe quien publicó, en 1877, una teoría sobre el microscopio. Sus investigaciones permitieron lentes de aumento que magnificaban la imagen 2000 veces.

Ya en el siglo XX, en el año de 1931, se inventó el microscopio electrónico, para regocijo de los científicos quienes precisaban microscopios con mayor aumento; pues hasta esa fecha el aumento era solo de 500 a 1000 veces.

El mencionado microscopio electrónico se le debe a dos científicos alemanes: Max Knoll y Ernst Ruska. Con este magnífico aparato se puede aumentar una imagen 100.000 veces más.

Cómo está compuesto un microscopio

Por lo general, un microscopio óptico consta de diferentes partes, según las mismas pertenezcan al sistema mecánico, al óptico o al lumínico. Estas son:

Sistema mecánico

Constituye el cuerpo del microscopio, por ello de él depende su estabilidad.  Está conformado por:

  • Cañón. Es un cilindro negro que sostiene los lentes en su parte más alta, mientras que hacia abajo se ubican los lentes llamados objetivos.
  • Revólver. Contiene en su interior un conjunto de lentes objetivos, los cuales se pueden girar para intercambiar dichos lentes.
  • Platina. Es la plataforma donde se coloca lo que va a ser observado. Puede tener forma de círculo o de cuadrado. En ella se colocan los elementos a observar gracias a la luz que los enfoca. A veces esta platina está fija, otras veces puede moverse para cambiar la perspectiva de observación.
  • Base. Sobre ella se posa el aparato para que se mantenga fijo.
  • Columna. Sirve para sostener el tubo cilíndrico, permitiendo el desplazamiento de los dos tipos de tornillos frecuentes en un microscopio.
  • Tornillo micrométrico. Su ajuste permite enfocar la imagen con el fin de hacerla más nítida.
  • Tornillo macrométrico. Perilla que permite acercar o alejar el objeto observado.

Sistema óptico

A este sistema lo conforman dos clases de lentes: los lentes llamados objetivos y los conocidos lentes oculares.

  • Lentes objetivos. Son 2 o 3 lentes que se encuentran en el revólver. Los hay de dos clases: los objetivos de inmersión y los objetivos secos. A los objetivos secos no se les coloca ninguna sustancia sobre el elemento observado, solo media el aire durante el proceso. La magnificación de la imagen que proporcionan no es muy alta.
  • Los objetivos de inmersión sí llevan un aceite entre el lente y el elemento observado, casi siempre es óleo de cedro. El aumento que proporcionan es mayor. Se identifican porque son más largos. 
  • Lentes oculares. Están ubicados donde se posa el ojo del investigador que mira a través del microscopio. Es un lente que aumenta el tamaño de la imagen de 10 a 15 veces.

Sistema lumínico

  • Condensador. Lo conforman un grupo de lentes que concentran la iluminación sobre la muestra analizada.
  • Espejo. Se incluye si la fuente de iluminación no se halla dentro del microscopio. Una de sus facetas es cóncava y la otra es plana.
  • Diafragma. Regula la iluminación que pasa a través del elemento analizado, gracias a una palanca ubicada en uno de los lados.
  • Fuente artificial y lumínica. Direcciona luz hacia la platina. Suele ser una lámpara de tungsteno.

Clases de microscopios

Es variada la tipología de microscopios existentes, entre los cuales la lupa sería la más simple y manejada por todos, aunque proporciona una amplitud moderada. Puede decirse que, además de la lupa, los más conocidos son: 

El microscopio óptico

También llamado microscopio de luz o compuesto, usa lentes que amplían y enfocan la luz que pasa a través de un lente o rebota en él. Gracias a la invención del microscopio óptico se descubrió un mundo inimaginable invisible al ojo humano. El sodio depositado en la orina, responsable de los cálculos del riñón, por ejemplo, o los componentes de la sal de cocina.

Ello sin contar con la importancia de descubrir la presencia de parásitos intestinales, de las amebas, pasos enormes hacia la medicina moderna. A este indispensable instrumento Robert Koch y Louis Pasteur le deben gran parte de sus aportes al conocimiento humano; a la lucha contra las enfermedades infecciosas.

Son tres los sistemas que componen un microscopio óptico. El mecánico es un sistema que se encarga de que el instrumento tenga fuerza y estabilidad, además lo hace operativo. Sostiene al sistema óptico variando las distancias entre los lentes y el objeto observado.

El sistema de iluminación cumple su función de proporcionar la luz necesaria para la observación. Por su parte, el óptico es un sistema que aumenta las imágenes a través de los lentes y la luz que pasa a través por dispersión o concentración.

El microscopio de disección o estereoscópico

Es un aparato doble, en el cual las imágenes conservan las formas posibles al ser observadas al mismo tiempo con ambos ojos. La ampliación no es muy grande, pero permite hacer pequeñas disecciones sobre la platina mientras el observador mira por los lentes oculares.

Es una variedad del microscopio óptico. Su utilidad es innegable a la hora de manipular muestras que precisan ser diseccionadas hasta descomponerlas en sus partes más pequeñas.

Esto sucede sobre todo en el caso del estudio de los insectos y las plantas. También son ideales para coleccionistas, geólogos o antropólogos. Para ver, por ejemplo, monedas, estampillas, fósiles, rocas, joyas o reliquias arqueológicas. Sus lentes ofrecen la posibilidad de ver los objetos en tres dimensiones.

Los microscopios electrónicos

Estos microscopios utilizan electrones y no la luz, para ello se valen de campos magnéticos en lugar de lentes. Cuando los haces de electrones se proyectan sobre un objeto las partículas que se han incidido son modificadas, transmitidas o absorbidas de varias maneras.

Se distinguen dos tipos de microscopios electrónicos:

  • De transmisión. Son aquellos microscopios electrónicos que pasan electrones a través de un elemento delgado, para hacer ver las características interiores de la estructura celular en dos dimensiones.
  • De barrido. Son microscopios electrónicos que hacen rebotar los electrones de elementos recubiertos con metales. Proveen de imágenes en tres dimensiones y son útiles para apreciar los detalles de las superficies de ciertas estructuras.

Otras clases de microscopios

  • Microscopio de campo oscuro. Este microscopio enfoca una luz muy fuerte formando un cono sobre el elemento observado. Así se ve el objeto sobre el fondo oscuro. Este procedimiento se utiliza para observar muestras biológicas transparentes, sin pigmentos.
  • Para lograr estas imágenes sobre fondo oscuro el microscopio posee un condensador que ilumina la muestra con una fuerte e indirecta luz. Así, en el fondo oscuro se proyectan partículas relucientes y pequeñas.
  • Microscopio de efecto túnel. Con él se toman imágenes de superficies de nivel atómico. Se puede usar en agua, aire y en otros gases o líquidos del ambiente, así como en bajas o muy altas temperaturas.
  • Microscopio de contraste de fases. Con este microscopio se puede hacer la observación de células vivas, células que no se pueden colorear porque morirían. Dos variaciones de este microscopio son el de interferencia y el de interferencia diferencial. Por la invención de este microscopio se otorgó el premio Nobel de Física en 1953.
  • Microscopio confocal. De acuerdo a su técnica óptica este microscopio confocal aumenta el contraste y reconstruye imágenes en tres dimensiones.

Para ello usa un instrumento espacial que elimina la luz que no está enfocada o los destellos del lente.

  • Su técnica ha tenido muy buena acogida entre científicos e industriales. Es muy usado en la inspección y en las ciencias biológicas.
  • Microscopio de luz fluorescencia. Los lentes del objetivo de este microscopio son de cuarzo y la luz la proveen lámparas de mercurio. La observación se realiza en placas fotográficas o se usan filtros.
  • Microscopio de luz ultravioleta. La muestra observada absorbe la luz ultravioleta. Sus resultados se muestran en fotografías, ya que vistas directamente afectarían la retina.
  • Con este microscopio se puede cuantificar el ARN y el ADN de la célula. Los elementos ópticos de estos microscópicos están elaborados con cuarzo en lugar de vidrio. Es el más apropiado para la investigación científica.

Más clases de microscopios

  • Microscopio petrográfico o de luz polarizada. Se trata de un microscopio que se ha reforzado con dos polarizadores. Estos polarizadores son elaborados en calcita. Se usa para poder identificar minerales, colágeno, polen, queratina, asbesto, sílice. El primero de estos microscopios lo construyó en 1830 Giovanni Battista Amici.
  • Microscopía virtual. Se puede estudiar las imágenes a distancia, a ello se le ha llamado telepatología o telehistología. Las muestras pueden ser manipuladas con un microscopio robot. Este es un microscopio adosado a una cámara digital y conectado a su vez a una computadora. Así se le hace zoom a la muestra y se controlan las acciones de manera remota.
  • La microscopía virtual tiene interesantes aplicaciones en educación. Compartir imágenes a través de redes como Internet es muy frecuente. El intercambio de imágenes hasta las de menor tamaño no es imposible hoy día.
  • Los adelantos en el campo digital y las posibilidades de navegación pueden convertir a una computadora individual en un microscopio digital. Esta herramienta educativa es un gran avance para la formación de médicos y demás especialistas en el área de la salud. 
  • Microscopio de iones de campo.  Es esta una técnica propia de la ciencia de los materiales. Con este microscopio se puede ver cómo se ordenan los átomos en la filosa punta de una aguja metálica.

Personajes interesantes ligados a la invención del microscopio

Existen muchos personajes que pudiésemos mencionar al hablar del microscopio. Sin embargo, mencionaremos los más interesantes.

Zacharias Janseen y su turbulenta vida

Zacharias Janseen, a quien se le atribuye la invención del microscopio; a pesar de que hay poca evidencia de ello, fue un personaje cuya vida no fue muy edificante. Se dice que se dedicó a la venta ambulante por algún tiempo y que siempre estaba en conflicto con las autoridades.

Entre esas actividades poco ortodoxas estuvo la de falsificación de monedas; por lo que tuvo que huir de la ciudad donde residía para escaparse de la prisión. A pesar de las persecuciones, Janseen continuaba con su actividad ilícita en otras ciudades. Por esa razón fue detenido varias veces y hasta se le condenó a muerte, sentencia que no llegó a cumplirse.

Anton Van Leeuwenhoek, el científico modelo

De modo que el gran personaje relacionado con la microscopía fue, sin lugar a dudas, Anton Van Leeuwenhoek, un holandés que nació en 1632. Fue un hombre con pocos estudios, pero con gran inventiva y capacidad de observación. Por unos años fue conserje del ayuntamiento de su ciudad y vendedor de telas.

A pesar de sus pocos estudios poseyó un verdadero espíritu científico que lo alejaba de la superstición. Su curiosidad y capacidad de reflexión no le permitía creer que los males del cuerpo fueran efecto de espíritus diabólicos. Esto lo llevó a ser el primero que cazó microbios, como fue llamado en un tratado científico.

Para lograr la innovación de los microscopios estudió los secretos de la talla de vidrios. Se apropió del saber de farmacéuticos y alquimistas, haciéndose un experto en las técnicas de talla de cristales y soplado. Igualmente aprendió cómo extraer metales.

El primer microscopista

Fue así como se atrevió a construir microscopiospor él mismo. Se puede decir que fue el primer microscopista, pues fue pionero entre los 500 talladores que en Europa practicaban esa labor hacia 1674. Van Leeuwenhoek desarrolló su propia técnica para tallar sus lentes, guardándose la fórmula de la eficacia de sus aumentos.

Es verdad que el microscopio de Van Leeuwenhoek es muy simple, a pesar de ello es capaz de aumentar la imagen 480 veces y con un solo lente. Con estos instrumentos; de su propia creación, estudió los ojos de buey, el cuerpo de las ballenas, la piel de las ovejas, el pelo de castores y conejos. Los fluidos que emanaban de su cuerpo también fueron su objeto de estudio.

Anton Van Leeuwenhoek caballero de la Real Sociedad Británica

Todas sus conclusiones las documentaba y enviaba a amigos o entendidos en Holanda. Sin embargo, era objeto de burlas por parte de muchos que las conocían. Felizmente, el médico Regnier de Graaf, impactado por los hallazgos del incomprendido Van Leeuwenhoek; tuvo el acierto de enviar un informe a la Real Sociedad Científica Británica.

Impresionados por sus estudios, los caballeros de la sociedad le pidieron que siguiera enviando los resultados de sus investigaciones. Van Leeuwenhoek cumplió con ello durante 50 años; aportando una visión científica sobre fenómenos que anteriormente eran vistos bajo el velo de la superstición.

Estos documentos eran enviados escritos en holandés, porque era el único idioma que conocía. Esto traía dificultades de traducción y difusión ya que en aquella época la literatura científica se escribía en latín.

En 1680 lo incorporaron para formar parte de la Real Sociedad. Se mantuvo activo hasta los 91 años, edad en la que murió, pues siguió haciendo descubrimientos hasta esa edad. A este insigne científico se le debe la primera descripción de un glóbulo rojo. Además, aisló tres clases de bacterias e hizo la primera descripción de un espermatozoide humano.

Se cuenta que su fama se extendió de tal manera que personalidades de la realeza viajaban hasta Delft, donde vivía, para mirar a través de sus microscopios.

Galileo Galilei, gran hombre del Renacimiento

Aunque Galileo se conoce en la historia de la ciencia como quien perfeccionó el telescopio; no puede dejar de mencionarse en este aparte sobre los grandes hombres. Es cierto que su interés mayor no lo despertaba el mundo de lo más pequeño; subyugado como estaba por el macromundo de los astros y el universo estrellado.

Poseía una personalidad de sapiencia múltiple, era astrónomo, matemático, filósofo, ingeniero y físico, encarna el ideal de sabiduría del Renacimiento. Popularizada su historia por los enfrentamientos con la autoridad católica por su defensa de las teorías de Copérnico y por su trabajo con el telescopio; poco se sabe sobre lo que le dedicó al microscopio.

Sin embargo, fue gran conocedor de los lentes, sus tallas y aplicaciones, tuvo la fabricación de uno de estos instrumentos. El mismo tenía un tamaño de 5,5 cm de ancho por 20 cm de altura. El cilindro era de cartón recubierto de cuero color verde. En la parte inferior colocó el lente objetivo.

Luego agregó el lente de campo, en la parte inferior del cilindro externo, en otro cilindro cuya parte superior albergaba el lente ocular.

Todo esto iba soportado por un pie compuesto por un aro de hierro sostenido por tres patas. El cilindro estaba coronado por una tapa redondeada, demostrando el buen gusto artístico propio de la época. Poco se sabe de las aplicaciones que Galileo dio a su invento. Su protagonismo histórico no hay duda de que va por otros rumbos.

El microscopio más potente

El microscopio más poderoso del mundo está en Japón, lo fabricó la empresa tecnológica japonesa Hitachi. Se le conoce como UHVEM, es un microscopio de electrones que permite hacer observaciones a nivel atómico. Su implementación data del año 2010, la resolución de sus imágenes es de una nitidez y precisión inimaginables.

No solo es el microscopio más potente sino el más grande, ya que ocupa toda una habitación; dispuesta especialmente para su ubicación en la Universidad de Osaka. Allí se instalaron los circuitos y cables cuyo diseño está orientado para alcanzar la más alta resolución y concentración de los electrones.

Adelantos técnicos

Entre sus adelantos técnicos está la instalación (en la base del instrumento) de una serie de materiales para la amortiguación del sonido. Con ello se evitan las vibraciones perjudiciales. Para mayor seguridad el aparato está rodeado de barreras magnéticas.

Con todas esas previsiones se evitan los daños de procedencia externa que pueden afectar los lentes, disminuyendo su resolución. Esto suele suceder con estos microscopios.

Los microscopios de electrones han venido sucediendo desde su invención en 1930. Los mismos posibilitan imágenes aumentadas en un volumen mucho mayor que el logrado por los microscopios ópticos. Ello se debe a que en lugar de fotones se usan electrones; gracias a ello infinidad de materiales pueden ser estudiados por su composición y estructura atómica.

Al permitir la observación de los átomos y sus posiciones será posible obtener nuevos materiales con novedosas aplicaciones.

El terremoto de junio del 2018 

Lamentablemente el UHVEM sufrió notables daños durante el terremoto ocurrido en Japón en el año 2018. Tanto sus circuitos como su tanque de alto voltaje fueron considerablemente afectados. Ello retrasó las investigaciones realizadas con el auxilio de este microscopio, así como los proyectos a lograr en el futuro cercano.

La Universidad de Osaka, sede del microscopio en su área de investigación, fue de las más afectadas por el siniestro. Los daños materiales fueron cuantiosos, también varios estudiantes resultaron afectados con heridas de consideración.

Fundada en 1869, esta universidad japonesa es responsable de varios proyectos de investigación desarrollados en su facultad de Ingeniería. El laboratorio donde se encuentra el UHVEM depende de esta facultad, un laboratorio reconocido por sus importantes estudios en medicina, biología y materiales.

Curiosidades de la microscopía

Es probable que muy pocos hayan oído hablar del Nikon Small World Photomicrography Competition. Se trata de una competición de fotomicrografía que se celebra anualmente y que congrega a médicos, científicos y enamorados de la fotografía. Ya van 46 años mostrando, en insólitas imágenes, el universo de lo más pequeño.

En su edición del año 2020 la muestra presentada a consideración del jurado ofrece un selecto muestrario de las investigaciones que se realizan en el mundo. El objeto de estudio es tan diverso que se desplaza desde investigaciones orientadas a encontrar una cura contra el cáncer hasta estudios sobre Ecología.

Se trata de imágenes que revelan fotos muy llamativas, así como los adelantos en materia científica apoyados por el uso del microscopio. El ganador de esta edición 2020 fue Daniel Castranova por la fotografía de un pez cebra joven.

La imagen ganadora procede de sus investigaciones sobre la circulación de la sangre en organismos inmaduros. Ello aporta un conocimiento vital para mejorar las terapias que combaten el cáncer.

El microscopio es ciencia y es arte

El microscopio, a través de estos concursos, demuestra cómo pueden converger ciencia y arte. De verdad son cautivadores tanto los colores intensos y brillantes como las formas que se aprecian en las fotografías concursantes. Algunas muestran texturas, cavidades, sinuosidades y curvas nunca vistas.

Aunque no siempre son amables para el ojo del espectador, sobre todo cuando se trata de fotos de microbios y bacterias; pues son dignos muchos de ellos de formar parte de una galería de «monstruitos».

Tan curiosa como apasionante exposición se convierte en toda una revelación para el gran público, al permitirle apreciar lo que no está disponible a simple vista. Con una participación de más 80 científicos el concurso da fe de las aplicaciones de un microscopio óptico. No hay duda de que es toda una revelación de un mundo mágico y misterioso.

Referencias:

www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa3/n1/m9.html

www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol25num1/articulos/historia/

www.nosabesnada.com/ciencia/las-mejores-fotografias-del-nikon-small-world-photomicrography-competition/

www.efe.com/efe/america/sociedad/desarrollan-en-japon-el-microscopio-mas-potente-del-mundo/20000013-2541756


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Mou D. Khamlichi

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