martes, 25 de octubre de 2016

La mirada microscópica y lo real.






El 24 de octubre de 1632 nacía van Leeuwenhoek  . Hasta Google nos lo recordó con uno de sus “doodles”. Y con él nacería el microscopio. Una sola lente fue necesaria. Algo simple pero extraordinariamente potente. Quien vea por primera vez una imagen de ese microscopio se asombrará
ante su forma y más aun si se le dice que con un instrumento así pueden ser vistos espermatozoides y microorganismos. Los microscopios compuestos tardaron algo más en llegar y superar a ese primitivo y a la vez fantástico microscopio. Hoy en día puede construirse algo similar, con el mismo fundamento, si se tiene paciencia para ello. Basta con materiales sencillos. 



La refracción de la luz a través de una o más lentes acaba proporcionando una imagen ampliada de lo que se observa. En realidad, cualquier microscopio recoge, más bien, un efecto de difracción que después es transformada en imagen de modo directo, mediante lentes ópticas o electrónicas, o, como en el caso de los rayos X, haciendo uso de un procedimiento matemático conocido como síntesis de Fourier



Hoy en día hay una amplia variedad de objetivos y oculares, cada uno de ellos con un conjunto de lentes corregidas para evitar aberraciones cromáticas y de esfericidad. Se habla de objetivos acromáticos, apocromáticos, plan-apocromáticos, y de variantes de microscopía óptica, de fases, de polarización, óptica de Nomarsky, etc.



Pronto, con Abbe  , se creyó que el poder de resolución de los microscopios tenía un límite inherente a la llamada apertura numérica y a la longitud de onda de la luz utilizada. Parecía que la naturaleza de la luz suponía un límite físico insuperable y el único modo de alcanzar mayor resolución vino de la mano de una radiación de menor longitud de onda que la visible, la proporcionada por electrones acelerados. Nacía el microscopio electrónico con sus variantes  recompensado con el premio Nobel de 1986 . La difracción de rayos X por cristales de proteínas o de ácidos nucleicos supuso una forma de visión microscópica a escala molecular aunque en este caso hubiera de obtenerse matemáticamente, en ausencia de lentes capaces de formar imágenes. Más tarde, haciendo uso de efectos cuánticos, se lograron microscopios de barrido (de efecto túnel, de fuerza atómica) de apariencia simple con los que se lograba ver superficies resolviendo en ellas alturas de un átomo. Incluso esos átomos podían manipularse.



Pero hay que ser cuidadoso a la hora de establecer límites, por intrínsecos que parezcan. La microscopía STED (Stimulated Emission Depletion) lograba traspasar el limitado poder de resolución que Abbe había otorgado a la luz visible, jugando precisamente con ella en forma de láser. Algo tan importante supuso el premio Nobel de 2014 para quienes lo desarrollaron (Betzig, Hell y Moerner) . Y ya antes, jugando con la estructura mecánica, había nacido una forma muy poderosa de microscopía, la confocal , que, al permitir enfocar cada punto con gran nitidez, facilitaba, mediante reconstrucción por ordenador, estudiar de modo tridimensional las células dispuestas en el portaobjetos.



Surge una pregunta obvia. ¿Qué vemos con un microscopio? En algunos casos, los menos, la respuesta es simple: lo que colocamos en el portaobjetos: bacterias o paramecios en agua, por ejemplo. Pero generalmente llegar a ver algo de interés supone una técnica muy laboriosa de preparación de lo que se desea estudiar, mediante tinciones de mayor o menor complejidad (Golgi y Cajal hicieron buen uso de las de plata), métodos inmunológicos con los que adherir un fluorocromo a una molécula de interés, o mediante marcado isotópico (llamado autorradiografía, Calvin elucidó así la bioquímica relacionada con la fotosíntesis, lo que le valió la concesión de un premio Nobel en 1961).

Un método de gran poder reside en utilizar la proteína fluorescente verde  o sus derivados. La naturaleza siempre es rica en proporcionarnos medios. Estas pequeñas proteínas fluorescentes pueden asociarse por métodos genéticos a otras proteínas de interés que serán así “marcadas” y observables en células vivas. También este método supuso el premio Nobel en 1980 para quienes lo descubrieron y desarrollaron, Shimoura, Chalfie y Tsien.
 

Tantos galardones Nobel para la mirada microscópica revelan que en Ciencia puede ser mucho más importante descubrir un método que un resultado, ya que un método permite la apertura de nuevos modos de contemplación de la naturaleza; los resultados vendrán después.



Las posibilidades que ofrece la nanotecnología no hacen sino enriquecer el panorama de la visión que puede lograrse a través del microscopio. Los Quantum Dots  han ampliado el abanico de posibilidades del marcado por fluorescencia y facilitado el estudio de relaciones funcionales con técnicas como la transferencia de energía de resonancia



De nuevo, la pregunta, ¿Qué vemos? que se relaciona claramente con otra, ¿Qué queremos ver? La respuesta a la primera depende de la que le damos a la segunda. Una imagen de un corte de tejido teñido con colorantes habituales o haciendo uso de técnicas inmunoquímicas tiene un gran interés diagnóstico. El resultado del análisis microscópico de una biopsia suele ser concluyente y pocas veces discutido, un resultado que puede sosegar o anunciar un pronóstico oscuro. En este caso, lo que queremos ver es una imagen diagnóstica de la que inferir un pronóstico vital. Con eso es suficiente. No importa mucho el detalle de cada célula ni que esté muerta para poder teñirla; basta con su aspecto, con la visión de conjunto del corte tisular observado. 



Pero podemos querer ver algo más. Podemos querer ver propiamente una célula, por ejemplo. ¿La vemos así? Es discutible. En realidad, tenemos sólo una imagen parcial que nos permite observar algo de ella y, a partir de ahí, en conjunción con datos bioquímicos y biofísicos, establecer lo que se llama un modelo. Un modelo de integración de distintas visiones, pero modelo al fin y al cabo, generalmente estático. 

Lo que vemos se acerca cada día más a lo real, pero sin llegar a tocarlo. No se trata sólo de aumentar la resolución, de detectar moléculas o actividades concretas, sino del sueño de ver una simple célula en su vida habitual. Podemos incluso manipular células, extraerles su núcleo e introducirles el de otra; un microscopio invertido nos permitirá ver lo esencial para poder hacerlo. Pero siempre acabaremos topándonos con esa imposibilidad de alcanzar lo real. Es más difícil ver una célula que un árbol. Claro que tampoco resulta fácil ver de verdad un árbol.  



El microscopio nos acerca a lo real. También un telescopio. También lo hace el descubrimiento de la legalidad física. Pero ese real siempre esconderá algo, lo más esencial. La aproximación científica a él podrá ser asintótica pero, como en el caso de las rectas paralelas, no parece probable alcanzarlo, quedando siempre abiertas cuestiones que ya no serán científicas sino filosóficas.


4 comentarios:

  1. Querido Javier: los profanos en materia científica, nos imaginamos que el mundo microscópico es tan vasto y complejo como el cosmos. Que lo infinitamente pequeño es tan infinito como lo infinitamente grande. Tal vez esa idea no esté demasiado alejada de la realidad, y desde luego, muchas de las entradas de tu blog consiguen hacer vacilar mi arraigado ateísmo. Confieso que debe de ser muy difícil descartar la idea de un dios creador, a la vista de los prodigiosos mecanismos que mueven lo visible y lo invisible.
    En esta ocasión, me intriga sobremanera esto que afirmas, o que he creído entender: que para la ciencia, lo real tiende al infinito. A medida que el tiempo transcurre, y los medios técnicos aumentan su potencia, logramos ver más allá del límite que hasta entonces se había establecido. Pareciera que es difícil establecer una ley matemática para ese límite de la visión, puesto que cada vez que se postula, un nuevo avance técnico demuestra que es posible atravesarlo. Una aproximación asintótica a lo real sugiere que jamás llegaremos al final del camino, que no existe -al menos teóricamente- la posibilidad de alcanzar el “fondo” último de lo real. Como bien dices, a partir de ese momento la ciencia debe ceder terreno a la filosofía. Seguramente, al menos en la lógica que tú insinúas, es allí donde no hay más remedio que imaginar la posibilidad de Dios.
    He ido a ver, por curiosidad, el link de cómo construir un microscopio casero. En efecto, ¡se requiere una paciencia de monje para hacerlo!
    Un abrazo,
    Gustavo Dessal

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Querido Gustavo,
      Muchas gracias por este nuevo comentario.
      El mundo de la vida parece, desde luego, mucho más complejo que el cosmos material. De hecho, cabe la explicación de la evolución del universo desde fracciones de segundo tras su origen. Y son factibles predicciones que, a escala astronómica, se verifican con extraordinaria precisión. Aun así, siempre permanece la cuestión del origen mismo, de esa singularidad.
      Si en el ámbito del cosmos puede hablarse en general de determinismo positivo, en el de la vida, el determinismo es negativo, restrictivo. La propia evolución da cuenta de ello: lo legal físico (las condiciones de contorno) restringe las posibilidades de una vida en cuya evolución interviene esencialmente el azar. No es posible pronosticar, sólo cabe una explicación retrodictiva.
      Lo real parece alejarse siempre en todos los ámbitos científicos. No se descarta que una teoría del todo (del todo físico, en cualquier caso) pueda ser coherente pero no falsable, con lo cual sería discutible que no fuera más filosófica que científica. Por otra parte, de ella no se deduciría precisamente todo, sino más bien poco. En cuanto aparecen indeterminismos intrínsecos, o prácticos por procesos no lineales, se limita mucho o se imposibilita a veces el pronóstico. En cuanto a la vida, no podemos acordar una definición de validez universal, al tratarse de un fenómeno local. Para Stuart Kauffman un sistema estaría vivo si puede reproducirse y llevar a cabo al menos un ciclo de trabajo en sentido termodinámico. Es una definición lo suficientemente genérica como para asumir una gran diversidad en las posibles manifestaciones de la vida en otros sistemas. De momento, sólo conocemos cómo ha evolucionado en nuestro planeta. ¿Sabríamos reconocerla en otro si se organizase con una química diferente, por ejemplo, no basada en los ácidos nucleicos? ¿Está necesariamente restringida a una bioquímica básica similar a la terrestre? Por otro lado, la diversidad que encontramos en las formas vivas actuales y extinguidas parece no conocer mucho límite, exceptuando el que es regido por la propia legalidad física. La vida sigue siendo misteriosa aunque se comprenda cada vez mejor. No es una aporía. Manifestaciones como la de Crick cuando declaró en un pub haber descubierto el enigma de la vida son explicables por su justificado entusiasmo con el modelo del DNA, pero absolutamente ingenuas.
      En cuanto a Dios, depende de lo que se entienda al utilizar un término tan degenerado por el uso. Tanto para afirmarlo como para negarlo, habría que partir al menos de un concepto operativo, algo que, por otra parte, casa muy mal con cualquier idea que se tenga de la Alteridad Absoluta, por expresarlo de algún modo. Es muy difícil no incurrir en antropomorfismos. El mito y la religión (no fácilmente separables) pueden dar una imagen, poética a veces, para tratar de acceder a la gran contradicción: o Dios no existe o, si existe, es Algo de lo que no podemos hablar. En cierto modo, la única aproximación afirmativa sería la mística, que no es sino teología negativa, y en ella la impresión estética podría ser muy importante. Esa sería mi inestable posición básica, perturbada o alimentada por el contexto cultural. Creo que es muy difícil sustraerse, en cualquier caso, a la pervivencia de imágenes culturales infantiles. Por ejemplo, ¿Qué Dios niega Hawking en realidad? ¿Cuál afirman tantos que se dicen creyentes en realidad? Umberto Eco publicó un libro, “¿En qué creen los que no creen?”. Creo que sería pertinente otra cuestión, contraria, ¿En qué creen los que dicen creer?
      En cuanto al microscopio casero, coincido contigo en que sólo quien tenga una gran paciencia puede ponerse a ello.
      Un abrazo,
      Javier

      Eliminar
  2. Sí, una de las diferencias entre Ciencia y Filosofía es precisamente que la primera establece límites sobre la parcela de realidad que estudia mientras que la segunda se pregunta por lo que está más allá de esos límites, lo curioso es que interesadamente se intenta hacer creer que esto último no es necesario, y lo que es peor, que no afecta a esas realidades acotadas. Por ejemplo, podemos afirmar que el calor dilata los cuerpos, pero estamos suponiendo que tal cosa existe y sin embargo es muy difícil definir Qué es existir, lo que sí está claro es que la ciencia se asienta sobre cuestiones filosóficas, los conceptos científicos sobre conceptos no empíricos (Categorías, en terminología kantiana). En la Filosofía de la Ciencia del siglo XX existen dos posturas muy diferentes sobre la imposibilidad de que la ciencia alcance conocimientos verdaderos, una es la de Popper, que a través del concepto de “verosimilitud”, afirma que las teorías se aproximan cada vez más a la verdad sin que vayan a alcanzarla nunca definitivamente (es lo que se llama un realismo no ingenuo); otra es la de Kuhn, para él la ciencia no progresa hacia ninguna verdad porque lo que determina la aceptación de teorías son los “paradigmas”, concepciones del mundo, no falsables, que la comunidad de científicos, sustentada por intereses políticos y económicos, avalan con sus teorías (eso en los períodos que él llama de “ciencia normal”, cuando las anomalías se solucionan con proposiciones ad hoc).
    Ayer cuando leía tu entrada casualmente estaba preparando para clase las aportaciones a las ciencias y a la tecnología de los árabes en la Edad Media, también en Óptica, con las lentes de aumento y la invención de la cámara oscura, entonces estaba dándole vueltas a una información que dice que Al Hazen vaticinó la finitud de la velocidad de la luz, una medida macroscópica tan utilizada hoy y que sin embargo parece incongruente en un universo infinito que se expande cada vez a mayor velocidad, y entonces no puedo evitar preguntarme cuántas anomalías habrá que no se responden con la ciencia oficial y si más bien ocurre que están conviviendo a la vez múltiples paradigmas, simplemente porque lo que está fuera de los límites del conocimiento científico se lo rechaza con un peyorativo “es metafísica”.
    Lo que sí parece evidente es que el conocimiento y la vida se sustentan sobre creencias, si dependemos de los genes o del ambiente, si todo está determinado o existe el azar, etc; y aunque no sean verdaderas ni falsas, cada opción tiene sus consecuencias que pueden ser mejores o peores. Para mi lo contrario de “creer” no es “no creer” sino “afirmar o negar rotundamente”, es decir, lo contrario de la creencia es el dogma (ya sea religioso o epistémico). Me parece muy interesante tu pregunta: ¿en qué creen los que creen? Otra cosa es que esté “bien visto” pararse a pensarlo.
    Hay días que agradezco especialmente los post. Un abrazo,
    Marisa

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Muchas gracias, Marisa, por esta interesantísima aportación. Me parece excelente lo que indicas, que “lo contrario de la creencia es el dogma”. En pleno dogmatismo científico estamos.
      Tiende a olvidarse que la creencia sostiene a la ciencia en lo más básico, en su método. Creemos en la inducción y, sin ella, poco avanzaría la ciencia por más positivista que se considere. Creemos incluso en la isotropía del universo en las leyes físicas fundamentales, con sus fundamentos, pero creencia al fin. Y creemos también, aunque sea de otro modo, en la deducción. Los Principia Mathematica de Russell y Whitehead (que confieso que no he leído y que dudo mucho que lo haga) suponen un esfuerzo en ese sentido, si he entendido bien lo que dicen sobre ellos: no es tan evidente que dos y dos sean cuatro. Tampoco se plantea ya como postulado en algunas geometrías el de las paralelas que no se cortan nunca.
      Me parece más adecuada la postura de Popper, al margen de que la de Kuhn se concilie bien con el modo de hacer ciencia, que ya es otra cosa.
      El ejemplo que pones del calor es muy bueno. Todos creemos saber lo que es. Siendo estudiante de bachillerato se me ocurrió preguntarle al profesor de física qué era la electricidad y lo descoloqué sin querer. Sí se puede decir que el calor es una forma de energía, diferenciarlo de la temperatura, se pueden enunciar los principios de la termodinámica y bla, bla, bla. Pero siempre hay un límite al “qué”. Desde mi punto de vista, partimos de un “qué” inicial, que nombra y clasifica (plantas, minerales, elementos químicos…), y, por medio del método científico, acercándonos al “cómo” y al “por qué” pretendemos alcanzar el “qué” final. Y ahí está el gran problema, que ese “qué” parece ya fuera del ámbito de la ciencia.
      Muchas gracias de nuevo por aportar tu visión y, al hacerlo, sugerir nuevos planteamientos.
      Un abrazo,
      Javier

      Eliminar