El microscopio solar y la divulgación de la ciencia de hace más de cien años.

Hace unas semanas tuve la suerte de encontrarme con un microscopio muy curioso. Se trata de un microscopio solar.

Microscopio solar. Está fabricado completamente en latón y lleva la inscripción del fabricante en la base, que dice: “Breton. Fres. Avenue Victoria, 8. Paris”. Por comparación con otros microscopios similares se estima que debió ser fabricado en la segunda mitad de 1800. Museo de Ciencias Universidad de Navarra. Donación PP. Agustinos Recoletos de Marcilla-Navarra, lote nº 174 OARM. Fue comprado en París a finales de 1800 para dotar el Gabinete de Ciencias del colegio de los Agustinos en Marcilla. GANOT, A. (1862), Tratado elemental de física. Madrid, Carlos Bailly-Baillière. pp. 379-380.

El microscopio solar es en realidad una linterna mágica, funciona como una cámara oscura. Utilizaba como iluminación los rayos del sol, que eran dirigidos mediante un espejo giratorio plano rectangular hacia el interior del tubo. Servía para producir y proyectar imágenes ampliadas de objetos microscópicos muy pequeños. Estaba ideado para manejarse en una habitación oscura. Se fijaba a la pared mediante unos tornillos, de tal manera que quedaba el espejo en la parte exterior para recoger la luz del sol y el resto del artefacto en el interior de la habitación oscura en la que se iba a realizar la proyección. Los rayos del sol inciden en el espejo y se reflejan, a través de un cilindro, hacia una lente condensadora y luego hacia una segunda lente donde se concentran en su punto focal. El objeto que se quiere observar se coloca entre dos placas de vidrio, que, mediante un resorte, se mantienen en una posición firme entre dos placas de metal. El objeto, fuertemente iluminado, está colocado muy cerca del foco de un sistema de tres lentes condensadoras. Se proyecta así, en una pantalla o pared,  y a una distancia adecuada, una imagen invertida y altamente magnificada. La distancia de las lentes desde el objeto se regula mediante tornillos. Como la dirección de la luz del sol va cambiando a lo largo del día, la posición del espejo se puede cambiar y girar también mediante unos tornillos. El microscopio solar tiene la desventaja de concentrar mucho calor en el objeto, lo que lo puede alterar rápidamente.

El precursor de este artefacto fue inventado en 1733 por el anatomista alemán Nathanael Lieberkuhn (1711-1756), a mediados del siglo XVIII, con un espejo separado que era orientado desde fuera de la habitación por un ayudante, pero fue el inglés Benjamin Martin quien le acopló un espejo y John Cuff (1742) el que le puso un mecanismo giratorio regulable desde el interior de la habitación, permaneciendo el tubo estacionario, adoptando la forma del microscopio solar. En la segunda mitad del siglo XIX se organizaban actividades de entretenimiento y divulgación de la ciencia como “Exposiciones de microscopios solares” en las que se cobraba una entrada para ver asombrosas imágenes de una pulga ampliada a gran tamaño en una pantalla. El uso de estos proyectores empezó a decaer con la aparición de las lámparas de gas oxi-hidrógeno y las de arco eléctrico, que producían luz intensa y que permitían hacer demostraciones nocturnas, no dependiendo de la luz solar.

«Las funciones del “Microscopio Solar” tuvieron un gran éxito en su presentación de 1855. Consistían en aparatos con lentes de gran aumento que funcionaban con luz diurna. Se presentaron muestras de “los piojos, las pulgas hembras y machos, la chinche, los insectos del queso, la gota de agua, el vinagre, los insectos de los fluidos, la cerda del jabalí, el cabello del hombre, el pelo de las cejas, la sangre y su circulación en los animales”, entre muchas otras, con un aumento de 500.000 veces su tamaño (El Nacional, 21/04/1855). Su anuncio refiere al desplazamiento de un artefacto de investigación científica hacia un ámbito de curiosidad y diversión: “En nuestra época, sobre todo, la utilidad del Microscopio es tan reconocida, como un poderoso medio de observación, que él es indispensable al químico, al naturalista, al físico, al fisiologista, etc., etc.; a más, él puede suministrar a las personas extrañas en estas ciencias, un gran número de diversiones útiles y agradables.”. La fascinación por estas visiones radica en una realidad aumentada que se suministra al público mediante las presentaciones de muestras microscópicas.» Referencia «De la ciencia al espectáculo«.

En 1965 se describieron un nuevo tipo de virus respiratorios humanos, “parecidos al virus de la gripe”, muy difíciles de cultivar en el laboratorio y que solo se podían detectar infectando voluntarios. La naturaleza exacta de esos virus era un misterio, hasta que en 1967, se desarrolló un nuevo método para poder verlos por microscopía electrónica. La técnica, absolutamente novedosa, consistía en emplear anticuerpos marcados que se unían a las partículas virales y así poderlas ver al microscopio. Las imágenes que los investigadores obtuvieron les recordaban al halo que se observa en el sol, la corona solar y decidieron llamarlos corona-virus. Habían nacido un nuevo tipo de virus respiratorios: los coronavirus.

Coronavirus. Nature (220), November 16, 1968. 

La persona que desarrolló aquella técnica de microscopía era una joven mujer de 34 años y se llamaba June Almeida. Nació en Glasgow (Escocia) el 5 de octubre de 1930. Era de familia humilde, su padre era conductor de autobús, y a los 16 años tuvo que abandonar la escuela, porque no podía pagarse la educación superior, a pesar de ser una estudiante brillante.

Su primer empleo fue como técnica de laboratorio en el Glasgow Royal Infirmary, donde se especializó en el manejo del microscopio electrónico para analizar muestras de tejidos biológicos. En 1963 emigró a Canadá donde encontró trabajo en el Ontario Cancer Institute de Toronto, ahí comenzó a desarrollar nuevas técnicas y publicó varios artículos en los que describía cómo era la estructura de los virus.

June Almeida, trabajando con el microscopio en 1956. Foto: Getty.

Así, su nombre se hizo conocido en el ámbito científico, por lo que le ofrecieron volver a Londres para trabajar en el St Thomas junto al doctor David Tyrrell, quien estaba realizando investigaciones en el resfriado común y con quién acabó descubriendo los coronavirus. Curiosamente las primeras fotografías no llegaron a publicase hasta dos años después porque al principio se consideraron que era malas imágenes de partículas del virus de la gripe.

 Primeras imágenes de un coronavirus obtenidas por June Almeida, 

publicadas en 1967 (Referencia).  

Almeida acabó doctorándose en la Escuela Médica de Posgrado de Londres, y terminó su carrera en el instituto británico Wellcome, donde participó en varias patentes en el campo de las imágenes de virus.  

June Almeida fue pionera en identificación, diagnosis y obtención de imágenes de virus, fue la primera persona que vio los coronavirus usando técnicas de microscopia que ella misma desarrolló. Aquella nueva técnica, aunque muy sencilla, revolucionó el campo de la virología. También fue la primer persona en fotografiar y ver el virus de la rubeola.

Almeida se retiró de la virología en 1985, pero siempre se mantuvo activa. A finales de los 80, ayudó a publicar algunas de las primeras imágenes en alta calidad del virus VIH. Falleció en 2007 a los 77 años de edad.

Todavía hoy en día los investigadores emplean sus técnicas para la identificación de los virus mediante microscopia electrónica. Más de cincuenta años después de que ella viera por primera vez los coronavirus, hoy el trabajo de Almeida es más relevante que nunca.

Aquí os dejo un video sobre June Almeida, de la colección «La mujer en la ciencia» del Museo de Ciencia Universidad de Navarra, en colaboración con Women for Science & Technology: 

Para saber más: June Almeida. BMJ 2008; 336: 1511.

El microscopio
de Leeuwenhoek consistía una pequeña lente biconvexa montada sobre una
placa de latón, que se sostenían muy cerca del ojo. Las muestras se montaban
sobre la cabeza de un alfiler que se podía desplazar mediante unos tornillos
que permitían enfocar. En realidad el microscopio de Leeuwenhoek era una simple
lupa, pero de exquisita calidad, con la que podía alcanzar hasta 200 aumentos.

He de reconocer que siempre me ha
asombrado la destreza de Leeuwenhoek. Sus dibujos
de bacterias publicados en 1684 nos permiten reconocer varios tipos de
bacterias frecuentes: bacilos, cocos, grupos de cocos, … La calidad de su
trabajo queda patente cuando nos damos cuenta de que se tardó más de 150 años
en mejorar las técnicas microscópicas.

Por eso, mi primera impresión cuando oí
hablar del Foldscope fue también de
escepticismo. Se trata de un microscopio de papel: una micro-lente que se monta
sobre una estructura de papel, como un recortable. Ha sido desarrollado en el
laboratorio de M. Prakash, en el Departamento de Bioingeniería
de la Universidad de Stanford. Un microscopio cuyo coste de producción es menos
de un dólar, pesa menos de 8 gramos, cabe en el bolsillo y puede llegar, según
los autores, hasta ¡2.000 aumentos!, sin necesidad de aceite de inmersión.
Incluso se le pueden acoplar unos filtros para que funcione como un microscopio
de fluorescencia o un condensador para campo oscuro.

Foldscope se monta muy fácilmente. Hasta
un torpe como yo con los dedos gordos es capaz de tenerlo listo en menos de 10
minutos. Se le puede añadir una sencilla lámpara LED y acoplarlo a un
Smartphone para obtener fotografías y vídeos.

El objetivo de los autores ha sido
construir un microscopio barato, portátil y útil tanto para la ciencia como la
educación: “un microscopio para cada niño”. No puedo ocultar que durante unos
días me he sentido como Leeuwenhoek, o como aquel niño que una vez los Reyes
Magos le regalaron un microscopio de juguete. Pero Foldscope es mucho más que
un juguete.

En las próximas semanas os iré enseñando por qué estoy tan
asombrado con Foldscope, el microscopio de papel.

Mi Foldscope referencia #0001 4232 B5E8

(Congratulations
to Manu Prakash and his team)

Más info:

(1) Foldscope: origami-based paper
microscope. Cybulski, J. S. et al. PLoS One. 2014. 9(6):e98781. doi:10.1371/journal.pone.0098781.

(2) Prakash Lab, Department of Bioengineering, Stanford University

(3) Foldscope Explore EXPLORING THE MICROCOSMOS

(4) Foldscope: Microscopy for everyone

Foldscope (2): imágenes de insectos y parásitos

Foldscope (3): células y tejidos

Foldscope (4): células, bacterias y virus