2. La tecnología al servicio de la ciencia

de México. Además de ser el primero en su género en América Latina ha permitido desarrollar un modelo para experimentar curas para el Alzheimer a través de la proteína TAU.

Con el desarrollo de la biología molecular, a partir de 1950 se descubrió la estructura tridimensional de la molécula del ADN (ácido desoxirribonucleico) y los mecanismos por los cuales su información genética se traduce en proteínas. Investigaciones posteriores hicieron posible, a partir de la década de 1970, aislar y manipular el ADN, así como el diseño de las técnicas del ADN recombinante, lo que dio origen a la ingeniería genética, que facilita la creación de organismos transgénicos, en cuyas células se ha incorporado el ADN de otra especie con algún fin específico. Los conocimientos acerca del ADN, los mecanismos para su expresión en proteínas y la tecnología para aislarlo y manipularlo, han superado la biotecnología tradicional que se dedicaba a procesos de producción de bebidas y alimentos, o a la de variedades de plantas y animales por selección artificial, para entrar a la etapa de la biotecnología moderna que impulsa un desarrollo biológico multidisciplinario, es decir, con la participación de otras disciplinas científicas.

Antecedentes del invento del microscopio El microscopio es el instrumento que se emplea para el estudio de objetos muy pequeños que no pueden ser observados a simple vista. El avance de la microscopia ha contribuido al desarrollo de las investigaciones biológicas. A mediados del siglo XVII, Robert Hooke, empleando un microscopio que posiblemente él había fabricado, observó minúsculas cavidades geométricas de cortes delgados de corcho, las que llamó células (fig. 1.7). Saber que el contenido de esas diminutas cavidades era la parte más importante de la estructura se logró mucho tiempo después. A finales de 1600, Anton van Leeuwenhoek, un tendero danés, con una lupa de muy buena calidad óptica (cercana a 300 aumentos) que él pulió, pudo observar bacterias, protistas y espermatozoides (fig. 1.8). Durante los siglos XVII y XVIII el microscopio se fue perfeccionando, y fue hasta principios del siglo XIX cuando se dispuso de buenos microscopios ópticos que facilitaron a los biólogos el estudio de la célula, iniciándose así la biología celular.

Tipos de microscopios

Microscopio óptico El microscopio óptico (fig. 1.9), que es el más usual en las escuelas, está formado esencialmente de un tubo que dispone de lentes de aumento en ambos extremos (por esta característica de contener varios lentes, con frecuencia también se le llama microscopio compuesto). Su parte óptica la forman el sistema de lentes llamado objetivo, que queda más cerca del objeto de observación, y el sistema de lentes denominado ocular, situado más cerca del ojo del observador. El aumento total de lo que se observa se determina por el producto que resulta de multiplicar el aumento de la lente del objetivo por la del ocular.

Evaluación formativa

1. Analiza los diferentes descubrimientos biológicos que se realizaron durante el siglo XX, describe cuáles han sido sus aportaciones y cómo en la actualidad se siguen viendo o manifestando sus beneficios. Menciona al menos cinco ejemplos de la vida cotidiana que se relacionen con el tema y que sean de la vida cotidiana. 2. Investiga los recientes avances de la biología en

México y en el mundo; compara los alcances que se han tenido en cada caso.

Elabora un reporte en el que cites las principales características de cada uno, mencionando en ejemplos reales las mejoras que se han dado en la vida del ser humano a raíz de dichos avances.

Figura 1.7 El microscopio compuesto de Robert Hooke.

Figura 1.8 Leeuwenhoek fue el primero que observó seres microscópicos vivos a través de una lupa fabricada por él.

Figura 1.9 Microscopio óptico. El microscopio óptico emplea luz visible que, proyectada a través de la lente objetivo, llega al espécimen observado y lo atraviesa (luz transmitida), aumentando su imagen, ésta se proyecta dentro del ojo o de la cámara fotográfica integrada al microscopio, cuando se desea tomar una micrografía.

Microscopio electrónico El uso de este tipo de microscopio se extendió a partir de 1950, lo que permitió a los investigadores estudiar las ultraestructuras (detalles muy finos) de las células. Los principios en que se basa este aparato son semejantes a los del microscopio fotónico (de luz), pero en lugar de luz usa como fuente un haz electrónico de alta velocidad que tiene una longitud de onda menor que va de 0.1 a 0.2 nm, y son de lentes electromagnéticas y no ópticas. Generalmente tienen un poder de resolución de 1 000 veces más que el microscopio óptico (fig. 1.10). La imagen que se forma no se puede observar en forma directa, los electroimanes dirigen el haz de electrones que amplía y enfoca la imagen, la cual es proyectada sobre una pantalla o una película fotográfica. El microscopio electrónico de transmisión se emplea para observar cortes delgados de muestras fijas y teñidas, que permiten visualizar estructuras internas de la célula. El microscopio electrónico de barrido se usa para observar los detalles de la superficie de la muestra que no son detectados con el microscopio de transmisión, porque en éstos los electrones atraviesan la muestra.

Con el microscopio electrónico no es posible observar organismos vivos, como con el óptico. Sin embargo, las observaciones logradas con este aparato han permitido un enorme avance en el estudio de las estructuras finas de la célula (fig. 1.11).

Lámpara

Fotones

Lente de vidrio

Lente de vidrio “Iluminación”

Lente condensador

Muestra

Lente objetivo

Primera imagen Filamento V

Electrones

Lente electromagnético

Lente electromagnético

Lente de vidrio

Ocular

Microscopio fotónico

Lente proyectora

Imagen final Lente electromagnético

Pantalla Fluorescente

Microscopio electrónico

Figura 1.10 Trayectorias del haz de luz y de los electrones en el microscopio fotónico y el microscopio electrónico.

Figura 1.11 Microscopio electrónico.

Preparaciones microscópicas Estudios en vivo

Esta técnica se emplea para analizar al microscopio sin ningún proceso, trozos de tejidos, células aisladas como bacterias, hongos unicelulares, protozoarios y algas microscópicas, así como células sanguíneas. Con los microscopios de contraste de fases o de campo oscuro se obtienen buenos resultados. Sin embargo, dado que las células tienen un breve periodo de vida, requieren que la observación se efectúe en medios de montaje apropiados que aseguren un mayor tiempo de sobrevivencia: un adecuado contenido de nutrientes, temperatura, oxigenación y pH, por ejemplo. Para ello se emplean las cámaras húmedas o cámaras de supervivencia, que consisten en portaobjetos gruesos con una excavación circular en el centro, en la que se coloca el material vivo a observar, inmerso en el líquido que le proporciona todo lo necesario para prolongar su vida. Dicho líquido puede ser natural o artificial, dependiendo si proviene del medio donde la célula vive o es preparado para imitar el líquido natural.

Coloraciones vitales

Como su nombre lo indica, esta técnica se emplea para estudiar las estructuras de la célula viva. Los colorantes hacen visibles algunas de estas estructuras al acumularse en diferentes partes de la célula. A continuación se mencionan algunos de estos colorantes: • El violeta dalia y el violeta cristal colorean el núcleo. • El verde janus B y el azul nitro de tetrazolio se fijan a las mitocondrias. • El rojo neutro colorea a las vacuolas de protistas, hongos y plantas.

OBSERVACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE LA CÉLULA VIVA

Objetivo

• Examen en fresco y en tinción vital de algunas estructuras de la célula eucariótica.

Consideraciones teóricas

En las preparaciones celulares en fresco y en coloración vital son mínimas las alteraciones físicas y químicas que se presentan en el tejido que se desea observar.

Material

• Cebolla • Microscopio compuesto • Portaobjetos y cubreobjetos • Agua de disección • Goteros • Solución de lugol • Solución de azul de metileno • Papel absorbente • Pinzas

Procedimiento

1. De la superficie cóncava de una capa de cebolla desprende la epidermis y colócala en el centro de un portaobjetos con una gota de agua destilada. Con la aguja de disección extiéndela y pon sobre ella un cubreobjetos. Con el papel

absorbente seca el agua que pudiera salir fuera del cubreobjetos y, con el microscopio, examina la preparación a menor aumento. Dibuja las células observadas. Después observa tu preparación a mayor aumento. 2. De la misma forma elabora otra preparación de epidermis de cebolla, pero en lugar de una gota de agua, agrégale una gota de solución de lugol. Observa la preparación primero a menor aumento y después a mayor. Dibuja las células observadas y explica la diferencia entre la primera y segunda muestra. 3. Finalmente, colorea otra epidermis de cebolla con azul de metileno. Observa tu preparación, dibuja las células que observas y señala las estructuras que hayas identificado. 4. Elabora un reporte de tu actividad experimental.

Actividad con TIC

Investiga por Internet la importancia del uso de la TIC (Tecnología de la Información y la Comunicación) en la investigación biológica y elabora una síntesis para presentarla ante el grupo y solicita retroalimentación de tu profesor y compañeros.

Evaluación formativa

1. Después de haber utilizado el microscopio, describe las diferencias que hay entre el aumento y el poder de resolución de una imagen.

Menciona varios ejemplos con los cuales puedes ejercitar esta práctica. 2. ¿Cuáles son las principales características que distinguen el microscopio óptico del microscopio electrónico? ¿Qué desventajas le pondrías a cada uno y por qué? 3. Menciona los aparatos, la cristalería y el instrumental de mayor uso en laboratorio. 4. ¿Qué importancia tiene el empleo de la computadora en los trabajos biológicos? Equipo de laboratorio biológico Entre los instrumentos que integran el equipo de mayor uso en el laboratorio de biología se mencionan los siguientes:

Aparatos • El más importante es el microscopio que empleamos para aumentar la imagen de la muestra que se desea observar. • Microtomos. Sirven para hacer cortes finos del tejido que se pretende visualizar por el microscopio. • Balanzas. Existen las que se emplean para pesar cantidades mayores y las llamadas analíticas, para pesar objetos de poco peso. • Baño de montaje. Se trata de un recipiente que dispone de termostato para conservar el agua tibia utilizada para el baño María al que se someten muy a menudo las muestras de las preparaciones microscópicas. • Autoclave. Este aparato se emplea para esterilizar el material que se utiliza en las actividades de laboratorio.

Cristalería

Está formada especialmente por matraces de diversos tipos, embudos, frascos, goteros, vidrio de reloj, cristalizador, vaso de precipitado, lámparas de alcohol, pipetas, cajas de Petri, probetas, frascos de reactivos.

Instrumental

Aquí se incluyen tijeras, bisturí, cápsula de porcelana, morteros, pinzas dientes de ratón, pinzas de Mohr, aguja de disección, bandeja de disección, gradilla con tubos de ensayo, soporte universal, escobillón, mechero de gas.

La computadora en biología La computadora ha desempeñado un papel muy importante en el desarrollo de la biología molecular, no sólo como instrumento que ha permitido el acceso a la información, que por medio de Internet publican los diversos centros de investigación y las principales bibliotecas del mundo, sino porque también resulta ser un poderoso auxiliar. Por ejemplo, en la ingeniería genética el termociclador, aparato que eleva y desciende la temperatura en continuos ciclos durante el