REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Mayo•Agosto
de 2012
Volumen XXV
Número 2
Editorial
Desecho de unos, tesoro de otros: escarabajos del estiércol
Los encinos: un tesoro poco valorado
Dunas costeras: ¿las destruimos o las cuidamos?
El ecoetiquetado: estrategia para la miel melipona
El sistema olfatorio: el sentido de los olores
¿Qué son y para qué sirven los antioxidantes?
La glutamina: suplemento alimenticio estrella
La carne de calidad: cuestión de bienestar
Hacia una genética celular del cáncer
Tuberculosis pulmonar y diabetes: la salud en Veracruz
Bacterias probióticas para la prevención de la caries
Ni ángel ni demonio: la tragedia de Alan Turing
Un mundo profuso e intoxicado
La historia del microscopio (Segunda parte)
DISTINTAS Y DISTANTES, MUJERES EN LA CIENCIA
Marie-Sophie Germain: la matemática como estrategia de vida
CURIOSIDADES CIENTÍFICAS
No solo de la vista nace el amor
NUESTROS COLABORADORES EN ESTE NÚMERO
Contenido
 

La historia del microscopio(Segunda parte)

José Ángel Cobos Murcia

Una vez que el microscopio óptico fue desarrollado completamente, comenzó la lucha contra los más pequeños de los grandes enemigos de la humanidad: los microbios. Antes de tal innovación, nadie imaginaba que mientras Napoleón conquistaba Europa y Egipto, había enemigos microscópicos aún más temibles que habían matado y seguían matando más personas que todas las guerras.

A la caza de los microbios y las enfermedades.

En 1857, Louis Pasteur, al ser nombrado profesor de la Universidad de Estrasburgo, comenzó sus primeros trabajos en microbiología. En una empresa vitivinícola estudió la razón de que unas cubas de fermentación produjeran vinagre en lugar de alcohol, lo que era una situación inusual. Para averiguar la causa, colocó en el microscopio una gota proveniente de las cubas que no tenían tal problema –es decir, de las cubas “sanas”– y pudo observar unos glóbulos blancos que, según supuso, eran las levaduras encargadas de provocar la fermentación. Después, tomó unas gotas de las cubas “enfermas” y repitió el mismo procedimiento; a diferencia de la primera observación, esta vez notó la presencia de unos bastoncillos, por lo que dedujo que estos eran los causantes de que se obtuviera vinagre en lugar de alcohol.

Para demostrar que las conclusiones a las que había llegado eran atinadas, decidió tomar unas gotas de las cubas enfermas y agregarlas a las cubas sanas, siendo el resultado que los bastoncitos se multiplicaron, por lo que sugirió evitar la contaminación entre las cubas sanas y las enfermas.

Entre 1885 y 1890, Pasteur hizo estudios con vacas que padecían carbunco. Descubrió que al inyectar la sangre de una vaca enferma a una vaca sana, esta última enfermaba y moría. Sucedía lo mismo cuando se trataba de otras enfermedades, como la rabia, donde lo que se inyectaba era la baba del animal enfermo al animal sano. En general, lo que pretendía era demostrar que cuando inoculaba los fluidos de un animal enfermo a uno sano, en ellos se contenía el microorganismo responsable del padecimiento. Tras varios experimentos, demostró que el microorganismo era el causante de la enfermedad.

Además de ello, notó que si inyectaba microorganismos viejos o atenuados, es decir, que ya tenían muchos días y, por consiguiente, no tenían la fuerza suficiente para matar, los animales solamente enfermaban y no morían. También se dio cuenta de que si nuevamente el animal recuperado era expuesto a microbios nuevos, el animal ya no enfermaba, pues quedaba inmunizado.


De esta forma, el 6 de julio de 1885 la humanidad se libró de un verdugo que la había azotado desde sus inicios: la rabia. Con los conocimientos obtenidos tras sus experimentos, Pasteur inyectó por primera vez microbios atenuados a un niño mordido por un perro rabioso. El niño resistió y al poco tiempo se recuperó.

Mientras tanto, en un pequeño pueblo de Alemania una mujer le regalaba un microscopio a su esposo, el médico Robert Koch, quien comenzó así a observar todo cuanto caía en su manos. Al igual que Pasteur, demostró que la mayoría de los animales enfermos se encontraban infectados de microbios, y que eran estos los causantes del padecimiento. Entonces, Koch se preguntó: “¿Cómo demostrar que estos microorganismos son los causantes de la enfermedad?”.

Por fortuna, un día, al llegar a su mesa de trabajo notó que una papa tenía manchas amarillas, rojas y violetas, y pensó que debían ser microorganismos del aire los causantes; sin embargo, decidió observar las manchas con su microscopio y con ello se percató de que en cada tipo de mancha había un solo tipo de microbio. De esta manera obtuvo el gran regalo que la naturaleza le dio: el medio de cultivo, con el cual podía aislar y multiplicar un microbio determinado para luego inyectarlo a otro animal, que después enfermaría.

Poco después, Robert Koch decidió trabajar con el causante de la tuberculosis, pero por más observaciones que hizo de la manera más sistemática posible, nada pudo ver, lo que lo llevó a pensar que si había un microbio de la tuberculosis, éste debía ser muy pequeño o que no era posible observarlo en su color natural, pero que tal vez teñido podría verse. Así que día tras día se dedicó a teñir las muestras de azul, de violeta y de casi todos los colores, hasta que por fin logró ver una masa de bastoncitos apiñados, delgados y teñidos de azul. Eran los bacilos de la tuberculosis.

Tras este experimento, Koch postuló un protocolo que hasta hoy se emplea en los estudios bacteriológicos. Para asegurar que un microbio es el causante de una enfermedad, es necesario encontrar al microbio en los animales enfermos y jamás en los sanos; aislar dicho microbio en un medio de cultivo, atenuarlo y finalmente inocularlo a un animal sano para que enferme ligeramente y se recupere después habiendo quedado inmunizado. Gracias a la curiosidad y a la precisión científica de Koch, la microbiología es ahora lo que es.

Bajo los preceptos establecidos por Pasteur y Koch, la microbiología avanzó a grandes pasos. Se pudo descubrir a los agentes de muchas enfermedades mortales y desarrollar formas de prevenir o contraatacar a estos pequeños enemigos, como los compuestos antimicrobianos o antibióticos que evitan que la vida microbiana se desarrolle. Sin embargo, la capacidad de aumento de las lentes del microscopio óptico había llegado a su límite; si bien era posible observar la forma de un microbio, no era posible ver su interior, por lo que la microscopía debía utilizar otro tipo de fuente de iluminación y otras lentes que permitieran observar objetos de un tamaño aún menor.



El microscopio iluminado por electrones



Con el microscopio óptico y sus beneficios se logró una primera revolución científica, pero sus posibilidades habían llegado a su límite y se requería alcanzar mayores aumentos para estudiar objetos de menor tamaño, pues el interés de observar objetos cada vez más pequeños era, a la par, cada vez mayor.



Para observar un objeto, por ejemplo, la luz que sale de un foco y pasa sobre nuestro rostro puede rebotar en un espejo y llegar a nuestros ojos. Para lograr el aumento de tamaño de la imagen del objeto observado es necesario iluminarlo, hacerlo pasar por diversas lentes hasta que llegue a un detector, como los ojos. Sin embargo, para observar objetos más pequeños que los que puede iluminar la luz visible es necesario un tipo de “luz” de menor longitud de onda que pueda iluminar objetos aún más pequeños y llegar a los detectores adecuados.



No fue sino a partir de 1930 que se emplearon electrones como “luz” para iluminar objetos, por lo que el concepto de microscopio se aplicó a otros instrumentos que no ocupan la luz visible como fuente de iluminación y que utilizan detectores especiales para observar.







Así, los alemanes Ernst Ruska y Max Knoll construyen el primer microscopio electrónico, y en 1965 desarrollan el primer microscopio electrónico de barrido.



El microscopio electrónico se basa en el mismo principio que el microscopio óptico, es decir; consta de los mismos sistemas: mecánico, de iluminación y óptico, salvo que usa len-tes magnéticas y electrones para iluminar, los cuales son producidos en el filamento calentado de un foco cuya naturaleza es diferente a la de los focos comunes. Por medio de lentes magnéticas, los electrones son dirigidos hasta el objeto que quiere observarse. Dichas lentes aceleran, desvían o concentran los electrones que se disparan al objeto mediante cargas electromagnéticas positivas, de manera que, tomando en cuenta la carga negativa de los electrones, se puede manipular la dirección o la velocidad con la que se disparan por la atracción o repulsión de esas cargas.



Con el microscopio electrónico se pudo cumplir el viejo anhelo de observar imágenes con un mayor aumento y una mejor resolución; por ello, significó una segunda revolución en la ciencia pues, como ya se mencionó, no solo era posible observar ahora organismos vivos sino también sus organelos, lo que tiene suma importancia ya que cada organelo cumple una función vital; además, gracias al microscopio electrónico se pudo determinar la forma e incluso las partes de un virus, lo que era imposible con el microscopio óptico.



En general, el microscopio electrónico tiene múltiples aplicaciones en el estudio de materiales, peritajes y ciencias forenses, metalurgia, biología, química, botánica, anatomía y fisiología.





El mundo nanoscópico


El deseo de lograr mayores aumentos no se detuvo ahí. En 1981, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer, del Laboratorio IBM de Zúrich, desarrollaron el microscopio de efecto túnel, un nuevo límite a la escala de la microscopía, que la lleva de la micro a la nanoescala, lo que representa una tercera revolución del microscopio.

El fundamento de esta microscopía se basa en complicados modelos cuánticos que pueden explicarse de un modo sencillo de la siguiente manera: para cruzar una montaña es necesario invertir la energía para subirla y bajarla. Sin embargo, si existiera un túnel, la energía necesaria para atravesar sería diferente.

Los modelos cuánticos describen la posibilidad de que exista ese túnel y la energía que se necesita para atravesarlo, por lo que si un electrón se dispara y atraviesa el túnel, genera una electricidad diferente a la requerida para subir y bajar la montaña. Para ello, los electrones se disparan desde una punta delgada que puede moverse en todas la direcciones, la cual se acerca al objeto hasta una distancia que es la única en la que puede hacerse que los electrones pasen por el túnel. Si la dis-tancia entre la punta y la muestra cambia, la primera deberá ajustar su altura para mantener constante la distancia y el paso de los electrones. Así que podemos seguir el relieve de los objetos moviendo la punta, mientras se mantiene la misma corriente eléctrica generada por el paso de los electrones por el túnel y, por lo tanto, la misma distancia entre el objeto y la punta. Una computadora interpreta el movimiento de la punta y grafica el relieve de la muestra, generando así imágenes del objeto a una escala nanoscópica.

El desarrollo del microscopio de efecto túnel propició en 1989 la construcción del primer microscopio de fuerza atómica, desarrollado por Gerd Binnig, Calvin Quate y Cristoph Gerber. En vez de medir la energía eléctrica generada por el paso de los electrones entre el objeto y la punta a través del túnel, este nuevo microscopio mide la energía generada por la atracción o repulsión entre la nube de electrones de los átomos del objeto con los de la punta del microscopio, por lo que para alcanzar una alta resolución se requieren puntas con un diámetro de 0.25 nm, esto es, unas 300 mil veces más delga-das que un cabello humano.





Los microscopios de efecto túnel y de fuerza atómica han permitido el desarrollo de nuevos estudios en diferentes campos de la ciencia. Un ejemplo destacable consiste en el hallazgo de la forma del ADN, pues la estructura de doble hélice solo se había demostrado mediante cálculos teóricos, pero nunca había sido vista.




En lo que respecta al campo de la electrónica, el microscopio de fuerza atómica es una excelente herramienta para construir chips a escala nanométrica; en la nanotecnología es útil para construir nanorrobots, y en la medicina molecular tiene gran importancia en el estudio de los procesos vitales.




Es claro que estos descubrimientos abren un nuevo mundo de posibilidades para el descubrimiento y entendimiento de la naturaleza de los objetos. Por ello, el microscopio es y ha sido una excelente herramienta en las manos de los científicos que, curiosos, desean ver más allá de sus ojos.