Instrumentos para extender la mente. El microscopio de Leeuwenhoek

Decía sir Ken Robinson que la tecnología (referida a la instrumentación técnica) es una doble extensión de la persona:

• Extiende el cuerpo, permitiendo hacer cosas que serían imposibles sin ella: automóvil, tren, prótesis, teléfono…

• Extiende la mente, al aumentar el alcance de lo que podemos percibir: microscopio, telescopio…

En el ámbito de la ciencia, la tecnología ha sido un facilitador imprescindible: la ciencia ha avanzado en muchas ocasiones en función de la instrumentación disponible. Así ocurrió con Galileo y su uso científico del telescopio, o con el electroscopio, el termómetro o el barómetro, que permitieron analizar experimentalmente nuevas facetas de la realidad. De hecho, los primeros instrumentos científicos se diseñaron para mejorar las observaciones de los fenómenos naturales, y contribuyeron a establecer las bases del método científico.  

Los primeros surgieron en el siglo XVII: los binóculos y el telescopio de Galileo, utilizados por primera vez para la observación científica, la brújula, el barómetro de Torricelli, la balanza hidrostática, el termómetro o el metro.

En el siglo XVIII la ciencia se va consolidando y aparecen nuevos instrumentos (como la bomba neumática y los generadores electrostáticos) o se mejoran considerablemente los ya conocidos (como el microscopio o el telescopio). A lo largo del siglo y en el siguiente mejora progresivamente la diversidad del instrumental de observación y medida, así como su precisión, por lo que dejan de ser una mera extensión de los sentidos para convertirse en mediadores imprescindibles para obtener la información cuantitativa necesaria para un experimento determinado.

En el siglo XX la ciencia se profesionaliza y la instrumentación se hace más compleja y costosa. Su criticidad obliga a organizar, alrededor de los dispositivos experimentales, amplios equipos de científicos e ingenieros que compensen el elevado coste de la tecnología. Este fenómeno se intensifica tras la segunda guerra mundial, y se suele denominar Big Science o megaciencia.

La importancia de la tecnología en el progreso científico es incuestionable: una nueva técnica o una mejora significativa de una existente pueden abrir nuevos campos de investigación. Es el caso de la imagen por resonancia magnética funcional (iRMF) que abrió nuevos campos de estudio de las neurociencias. En muchas ocasiones ocurre a la inversa, un descubrimiento científico genera nuevas tecnologías, como en el caso de la protonterapia. La tendencia es que ciencia y tecnología sean cada vez más interdependientes, y por ello se habla de tecnociencia.

Como ejemplos de la importancia de la instrumentación y la tecnología en el desarrollo de la ciencia, repasaremos dos casos extremos. En este post veremos los inicios de la invención del microscopio y en un post posterior analizaremos las implicaciones de la la llamada megaciencia. 

Desde muy antiguo se sabía que los recipientes esféricos de vidrio llenos de agua y los espejos curvos permitían aumentar el tamaño de las imágenes. En el siglo XVII se empezaron a utilizar lentes de vidrio, y así apareció el telescopio, utilizado por Galileo para sus observaciones astronómicas. 

La lupa o microscopio simple y el microscopio compuesto (dos o más lentes) eran derivados del telescopio. El mismo Galileo desarrolló un microscopio modificando uno de sus telescopios. Se suele considerar al holandés Zacharias Janssen como el creador del microscopio compuesto, en 1590. Janssen trabajaba como fabricante de anteojos con su padre, y observó que podía lograr mayores aumentos utilizando dos lentes, que colocó en un tubo. Así conseguió entre 3 y 9 aumentos.

A partir del descubrimiento del microscopio compuesto se sucedieron algunos descubrimientos sorprendentes: Marcello Malpighi descubrió los capilares en los pulmones de una rana, confirmando así la teoría de la circulación de Harvey, que echaba por tierra la de Galeno, y el científico inglés Robert Hooke observó pequeñas estructuras en el corcho, que llamó células, además de muchas otras importantes observaciones que publicó en su libro Micrographia, en 1665. Pero las observaciones con aquellos microscopios compuestos eran de escaso detalle y con aberraciones cromáticas. 

Sorprendentemente, Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), un comerciante holandés sin formación académica ni preparación científica, logró un microscopio de mucha mayor resolución, que utilizaba una sola lente.

Retrato de Anton van Leeuwenhoek, por Jan Verkolje.

Leeuwenhoek creció en una familia de comerciantes modestos de la ciudad holandesa de Delf y se formó como aprendiz de comerciante de telas en un taller de Ámsterdam. Allí conoció las pequeñas lupas que se utilizaban para ver el tejido, de tan solo 2 o 3 aumentos.

En 1653 construyó su primer microscopio simple, una lente montada sobre uno de los soportes de aquellas lupas textiles. Cuando volvió a Delf, en 1654, montó su propio negocio de venta de telas y se empeñó en perfeccionar esas lupas. Para ello, aprendió a soplar el vidrio y a pulirlo, y construyó diversos tipos de lentes, algunas de cristal de roca e incluso de diamante. Años después desempeñó varios empleos municipales modestos, por ejemplo, conserje del Ayuntamiento de Delf.

Sus lentes eran minúsculas, pero de gran calidad. Las tallaba él mismo. Para manejarlas, las montaba sobre soportes de latón que utilizaba como si se trataran de un monóculo. En algunos microscopios, el objeto a observar se colocaba en la cabeza de un alfiler, sobre la misma platina que la lente, muy cerca del ojo.

Microscopio simple de Leeuwenhoek (réplica: Jeroen Rouwkema, Wikipedia; esquema: univ. de Valencia)

Nunca comercializó sus microscopios, pero tampoco compartió los secretos de la fabricación de sus lentes, que alcanzaban una potencia óptica incomparable para la época. Entre los microscopios que se conservan, hay uno con más de 270 aumentos y una resolución de 1,5 micrómetros.

Aunque no hablaba más que el neerlandés, mantuvo una intensa correspondencia con la Royal Society de Londres, que llegó a admitirlo en 1680. Dejó más de trescientas cartas sobre sus observaciones, todas escritas en su lengua materna. Para dar credibilidad a sus cartas, contrató un dibujante para que representara fielmente lo que se veía.

Para sus demostraciones, solía tener dispuesta una exposición de microscopios con los especímenes montados, con el fin de que sus visitantes –científicos, filósofos, médicos y gobernantes de toda Europa- pudieran acceder fácilmente a las observaciones.

Con esos microscopios simples, que fue perfeccionando, se dedicó a observar todo tipo de cosas, lo que mostró a la comunidad científica de la época una vida microscópica desconocida. Por ello está considerado como el precursor de la biología de la biología celular y de la microbiología.

Fue el primero en descubrir los glóbulos rojos, así como un gran número de microorganismos. Analizó su propio sarro dental y describió varios tipos de bacterias. También describió los protozoos, que encontró en las aguas de un lago.

Especialmente llamativo fue el descubrimiento de los espermatozoides. En una carta dirigida al secretario de la Royal Society en 1677, Leeuwenhoek le comunicó que había observado en el esperma humano multitud de "animáculos", que describió con gran detalle. No fue una comunicación fácil, primero porque la idea de que el esperma pudiera contener las células reproductoras chocaba con las tesis ortodoxas de la época y, segundo, porque le preocupaba que sus observaciones fueran tachadas de indecentes. Por ello, escribía al secretario, con toda humildad y prudencia, que “si su señoría cree que estas observaciones pueden molestar o escandalizar a los eruditos, ruego encarecidamente a su señoría que las considere privadas y que las publique o las destruya como considere oportuno". 

Espermatozoides de conejo y de perro observados por Leeuwenhoek en 1678.

El secretario de la Royal Society lo animó a seguir investigando y, tras muchas observaciones en otras especies, Leeuwenhoek llegó a la conclusión de que los espermatozoides fertilizaban los óvulos. Sin embargo, sus descubrimientos se mantuvieron en secreto, y no se publicaron hasta más de un siglo después.

Una de sus grandes contribuciones a la Biología fue su oposición a la teoría de la generación espontánea. Observó larvas de piojos que procedían de huevos que se encontraban en el cuerpo de las hembras, y estudió la reproducción de arácnidos e insectos, demostrando que no surgían por generación espontánea, como se creía entonces.

En resumen, la insaciable curiosidad de Anton van Leeuwenhoek, un modesto comerciante y empleado municipal sin formación científica, pero también sin los prejuicios limitantes de la ortodoxia científica de la época, logró algunos de los descubrimientos más relevantes de la historia de la biología.

Para saber más

• Doménech, F. (2018). El comerciante que descubrió la vida microscópica. BBVA Openmind. Acceso web.
• Karamanou, M.; Poulakou-Rebelakou, E.; Tzetis, M.; Androutsos, G. (2010). Anton van Leeuwenhoek (1632-1723): Father of micromorphology and discoverer of spermatozoa. Revista Argentina de Microbiología, vol. 42, núm. 4, 311-314. Acceso web. 
• Lanfranconi, M. Historia de la Microscopía. En: Introducción a la Biología. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad Nacional de Mar de Plata. 49-57. Acceso web.  
• Locquin, M. y Langeron, M. 1985. Manual de Microscopía. Barcelona: Labor.
• López-Goñi, A. (2015). Los microscopios de van Leeuwenhoek. Investigación y ciencia. Acceso web.