El microscopio abrió una ventana a un mundo invisible que siempre había estado a nuestro alrededor, pero que el ojo humano no podía percibir directamente. A simple vista, el ojo humano puede distinguir objetos de aproximadamente 0.1 milímetros en condiciones favorables; por debajo de ese tamaño, los detalles comienzan a confundirse. El microscopio permite ampliar las imágenes y, sobre todo, distinguir estructuras que de otro modo quedarían ocultas. Gracias a él cambió para siempre nuestra manera de comprender la vida, las enfermedades y la materia.
Desde la antigüedad se habían utilizado piezas de cristal y gotas de agua para aumentar ligeramente las imágenes, y durante la Edad Media comenzaron a desarrollarse las lentes que posteriormente hicieron posibles las gafas. El gran salto ocurrió a finales del siglo XVI en los Países Bajos, cuando algunos fabricantes de lentes experimentaron con la combinación de varias lentes dentro de un tubo. Tradicionalmente se atribuye a Zacharias Janssen, posiblemente con la colaboración de su padre, Hans Janssen, la construcción de uno de los primeros microscopios compuestos alrededor de 1590. Estos primeros instrumentos combinaban una lente objetivo y otra ocular para producir una imagen ampliada, aunque presentaban defectos ópticos, como distorsiones y aberraciones de color.
El despegue de la microscopía llegó durante el siglo XVII. En 1665, el científico inglés Robert Hooke publicó Micrografía (Micrographia), una obra extraordinariamente detallada para su época en la que presentó dibujos de pulgas, ojos de moscas, estructuras vegetales y muchos otros objetos observados mediante microscopios. Uno de sus estudios más famosos fue el de un corte muy fino de corcho. Hooke observó que el corcho estaba formado por pequeñas cavidades separadas, semejantes a las celdas de un monasterio, y las llamó «células». Es importante hacer una precisión: Hooke observó las paredes de células vegetales muertas, no células vivas completas. Aun así, su observación fue fundamental para el desarrollo posterior de la teoría celular.
Poco después, el comerciante de telas neerlandés Antonie van Leeuwenhoek comenzó a fabricar y pulir sus propias lentes. Sus pequeños microscopios de una sola lente alcanzaban una calidad extraordinaria para la época y le permitieron observar organismos que hasta entonces eran completamente desconocidos para la ciencia. En muestras de agua, raspados de los dientes y otros materiales encontró microorganismos, además de observar espermatozoides y células sanguíneas. A estos seres microscópicos los denominó «animalículos». Leeuwenhoek fue, de hecho, una de las primeras personas en observar y describir bacterias y protozoos, y sus descubrimientos ayudaron a revelar que el mundo estaba lleno de vida microscópica.
Pero ¿cómo funciona un microscopio óptico? Podemos imaginarlo como una lupa mucho más sofisticada que utiliza varias etapas de formación de la imagen. En un microscopio convencional, la luz ilumina o atraviesa la muestra colocada sobre una platina. Esa luz llega primero al objetivo, una lente situada cerca de la muestra que produce una imagen ampliada. Después, el ocular, situado cerca del ojo, vuelve a ampliar esa imagen para que podamos observarla. Por eso, si utilizamos un objetivo de 40 aumentos y un ocular de 10 aumentos, el aumento total es de 400 aumentos. Sin embargo, aumentar una imagen no significa necesariamente ver más detalles. También es fundamental la resolución, es decir, la capacidad de distinguir dos puntos muy próximos. En un microscopio óptico convencional, la resolución está limitada por la naturaleza ondulatoria de la luz y suele encontrarse alrededor de los 200 nanómetros, aunque depende de factores como la longitud de onda utilizada y la calidad del sistema óptico. Por eso, aunque podamos aumentar muchísimo una imagen, llega un momento en que seguir ampliándola solo produce una imagen más grande, no una imagen con más información.
Durante los siglos XVIII y XIX se produjeron grandes avances en la fabricación de lentes. Los científicos y fabricantes desarrollaron sistemas ópticos capaces de reducir las aberraciones que deformaban las imágenes y producían colores no deseados. En el siglo XIX, Ernst Abbe realizó importantes aportaciones a la teoría de la resolución microscópica y al diseño de objetivos, mientras que Carl Zeiss y otros fabricantes contribuyeron al desarrollo de instrumentos ópticos cada vez más precisos. Estos avances convirtieron al microscopio en una herramienta esencial para la biología, la medicina y otras ciencias.
En el siglo XX apareció una revolución todavía mayor: el microscopio electrónico. En la década de 1930, Ernst Ruska y Max Knoll desarrollaron el primer microscopio electrónico de transmisión práctico. En lugar de utilizar luz visible, estos instrumentos emplean electrones. Como los electrones pueden asociarse con longitudes de onda mucho menores que las de la luz visible, los microscopios electrónicos pueden alcanzar una resolución muy superior a la de los microscopios ópticos. Existen dos grandes tipos. El microscopio electrónico de transmisión permite estudiar estructuras internas al hacer pasar el haz de electrones a través de una muestra extremadamente delgada. El microscopio electrónico de barrido explora la superficie de una muestra y genera imágenes con un notable aspecto tridimensional. Gracias a estas técnicas es posible estudiar desde materiales y microorganismos hasta estructuras celulares y superficies a escalas extremadamente pequeñas.
Con el tiempo aparecieron instrumentos todavía más especializados. El microscopio de fuerza atómica, por ejemplo, no necesita utilizar luz ni un haz de electrones para obtener una imagen de la superficie. Emplea una diminuta punta situada en un soporte que recorre la superficie de una muestra y detecta interacciones extremadamente pequeñas. De esta manera puede construir mapas de la topografía superficial con una resolución que llega a la escala nanométrica y, en determinadas condiciones, incluso a la escala atómica. Es más apropiado imaginarlo como un instrumento que «palpa» una superficie a escala diminuta que como una cámara convencional.
También surgieron las técnicas de superresolución. Durante mucho tiempo se consideró que la microscopía óptica convencional tenía un límite de resolución impuesto por la difracción de la luz. Sin embargo, algunos métodos desarrollados a finales del siglo XX demostraron que era posible obtener información sobre estructuras mucho más pequeñas que ese límite mediante estrategias especiales de iluminación y detección. Estas técnicas han permitido estudiar moléculas y procesos celulares con un nivel de detalle que antes parecía imposible, incluso en algunos casos dentro de células vivas.
La microscopía electrónica también ha alcanzado niveles extraordinarios de resolución. Los microscopios electrónicos modernos pueden llegar a distinguir posiciones atómicas en determinados materiales. La microscopía crioelectrónica, por su parte, permite estudiar moléculas biológicas congeladas rápidamente y ha alcanzado resoluciones cercanas a la escala atómica en numerosos casos.
La microscopía tampoco se limita a los grandes laboratorios. Existen instrumentos diseñados para hacerla accesible prácticamente en cualquier lugar. Un ejemplo es Foldscope, un microscopio de bajo costo fabricado principalmente con papel plegado y una pequeña lente. Su diseño permite transportarlo fácilmente y utilizarlo en contextos donde no existen laboratorios convencionales.
Incluso existen microscopios que utilizan principios diferentes a los de la microscopía óptica o electrónica. La microscopía acústica, por ejemplo, emplea ondas ultrasónicas de alta frecuencia para obtener información sobre materiales y tejidos. En lugar de utilizar luz, analiza cómo se propagan y reflejan las ondas sonoras dentro de una muestra. Es una técnica especializada que puede aportar información sobre estructuras internas y propiedades de determinados materiales biológicos.
Hoy el microscopio está presente en prácticamente todos los ámbitos de la ciencia y la tecnología. En un laboratorio médico permite estudiar células, tejidos y microorganismos que ayudan al diagnóstico de numerosas enfermedades. En la industria electrónica se emplean diferentes técnicas de microscopía para inspeccionar materiales y estructuras diminutas presentes en los dispositivos electrónicos. En una escuela, un microscopio sencillo permite observar las células de una cebolla, los tejidos de una hoja o pequeños organismos presentes en una muestra de agua. En los laboratorios de investigación, estas herramientas ayudan a estudiar desde la estructura de las proteínas y el comportamiento de las células hasta las propiedades de nuevos materiales.
El microscopio nos permitió descubrir células y microorganismos; después, estructuras internas de las células, moléculas, materiales y superficies; y hoy nos permite obtener información sobre fenómenos que ocurren a escalas cercanas a la de los átomos. Nos ayuda a obtener información que nuestros sentidos no pueden proporcionarnos directamente. Incluso en una diminuta gota de agua o en una pequeña hoja, puede esconderse un mundo extraordinariamente complejo.
Referencias:
- Anexo:Cronología del desarrollo del microscopio – Wikipedia, la enciclopedia libre
- El microscopio bajo mis manos: breve historia, funcionamiento y aplicaciones de la microscopia
- Microscopio simple – Wikipedia, la enciclopedia libre
- El microscopio y la Revolución científica – Enciclopedia de la Historia del Mundo
- Optical microscope | microscopy | Britannica
- From Animaculum to single molecules: 300 years of the light microscope | Open Biology | The Royal Society