5.1: Cómo se estudian las células

Una célula es la unidad más pequeña de un ser vivo. Un ser vivo, como tú, se llama organismo. Por lo tanto, las células son los bloques básicos de construcción de todos los organismos.

En organismos multicelulares, las células de un tipo celular particular se interconectan entre sí y realizan funciones compartidas para formar tejidos (por ejemplo, tejido muscular, tejido conectivo y tejido nervioso), varios tejidos se combinan para formar un órgano (por ejemplo, estómago, corazón o cerebro), y varios órganos componen un sistema de órganos (como el sistema digestivo, el sistema circulatorio o el sistema nervioso). Varios sistemas que funcionan juntos forman un organismo (como un elefante, por ejemplo).

Hay muchos tipos de células, y todas están agrupadas en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariotas. Las células animales, las células vegetales, las células fúngicas y las células protistas se clasifican como eucariotas, mientras que las células de bacterias y arqueas se clasifican como procariotas. Antes de discutir los criterios para determinar si una célula es procariota o eucariota, examinemos primero cómo los biólogos estudian las células.

Microscopía

Las células varían en tamaño. Con pocas excepciones, las células individuales son demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista, por lo que los científicos utilizan microscopios para estudiarlas. Un microscopio es un instrumento que magnifica un objeto. La mayoría de las imágenes de las células se toman con un microscopio y se llaman micrografías.

Microscopios de luz

Para darte una idea del tamaño de una célula, un glóbulo rojo humano típico tiene aproximadamente ocho millonésimas de metro u ocho micrómetros (abreviado como μm) de diámetro; la cabeza de un alfiler tiene aproximadamente dos milésimas de metro (milímetros, u mm) de diámetro. Eso significa que aproximadamente 250 glóbulos rojos podrían caber en la cabeza de un alfiler.

La óptica de las lentes de un microscopio óptico cambia la orientación de la imagen. Un espécimen que está del lado derecho hacia arriba y hacia la derecha en el portaobjetos del microscopio aparecerá boca abajo y hacia la izquierda cuando se vea a través de un microscopio, y viceversa. De igual manera, si el portaobjetos se mueve hacia la izquierda mientras mira a través del microscopio, parecerá que se mueve hacia la derecha, y si se mueve hacia abajo, parecerá que se mueve hacia arriba. Esto ocurre porque los microscopios utilizan dos juegos de lentes para ampliar la imagen. Debido a la manera en que la luz viaja a través de las lentes, este sistema de lentes produce una imagen invertida (los binoculares y un microscopio de disección funcionan de manera similar, pero incluyen un sistema de ampliación adicional que hace que la imagen final parezca estar vertical).

Figura\(\PageIndex{1}\): (a) La mayoría de los microscopios de luz utilizados en un laboratorio universitario de biología pueden magnificar las células hasta aproximadamente 400 veces. (b) Los microscopios de disección tienen un aumento menor que los microscopios de luz y se utilizan para examinar objetos más grandes, como los tejidos.

La mayoría de los microscopios estudiantiles se clasifican como microscopios de luz (Figura\(\PageIndex{1}\) a). La luz visible pasa a través y es doblada por el sistema de lentes para permitir que el usuario vea el espécimen. Los microscopios de luz son ventajosos para la visualización de organismos vivos, pero dado que las células individuales son generalmente transparentes, sus componentes no son distinguibles a menos que estén coloreados con manchas especiales. La tinción, sin embargo, generalmente mata las células.

Los microscopios de luz comúnmente utilizados en el laboratorio universitario de pregrado se magnifican hasta aproximadamente 400 veces. Dos parámetros que son importantes en la microscopía son el aumento y el poder de resolución. La ampliación es el grado de ampliación de un objeto. El poder de resolución es la capacidad de un microscopio para permitir que el ojo distinga dos estructuras adyacentes como separadas; cuanto mayor sea la resolución, más cerca pueden estar esos dos objetos, y mejor será la claridad y el detalle de la imagen. Cuando se usan lentes de inmersión en aceite, el aumento generalmente se incrementa a 1,000 veces para el estudio de células más pequeñas, como la mayoría de las células procariotas. Debido a que la luz que ingresa a un espécimen desde abajo se enfoca en el ojo de un observador, la muestra se puede ver mediante microscopía óptica. Por esta razón, para que la luz pase a través de un espécimen, la muestra debe ser delgada o translúcida.

Un segundo tipo de microscopio utilizado en laboratorios es el microscopio de disección (Figura\(\PageIndex{1}\) b). Estos microscopios tienen un aumento menor (20 a 80 veces el tamaño del objeto) que los microscopios de luz y pueden proporcionar una vista tridimensional del espécimen. Los objetos gruesos se pueden examinar con muchos componentes enfocados al mismo tiempo. Estos microscopios están diseñados para dar una visión ampliada y clara de la estructura de los tejidos así como de la anatomía de todo el organismo.

Al igual que los microscopios de luz, la mayoría de los microscopios de disección modernos también son binoculares, lo que significa que tienen dos sistemas de lentes separados, uno para cada ojo. Los sistemas de lentes están separados por una cierta distancia, y por lo tanto proporcionan una sensación de profundidad en la visión de su sujeto para facilitar las manipulaciones a mano. Los microscopios de disección también tienen ópticas que corrigen la imagen para que aparezca como si se viera a simple vista y no como una imagen invertida. La luz que ilumina una muestra bajo un microscopio de disección generalmente proviene de arriba de la muestra, pero también puede dirigirse desde abajo.

Microscopios Electrónicos

A diferencia de los microscopios de luz, los microscopios electrónicos utilizan un haz de electrones en lugar de un haz de luz (Figura\(\PageIndex{2}\)). Esto no sólo permite una mayor ampliación y, por lo tanto, más detalle, también proporciona mayor poder de resolución. La preparación de un espécimen para su visualización bajo un microscopio electrónico lo matará; por lo tanto, las células vivas no se pueden ver usando este tipo de microscopía. Además, el haz de electrones se mueve mejor en el vacío, lo que hace imposible ver los materiales vivos. Hay dos tipos principales de microscopios electrónicos que difieren en las imágenes que proporcionan:

• En un microscopio electrónico de barrido (SEM) (Figura\(\PageIndex{3}\)), un haz de electrones se mueve hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie de una célula, renderizando los detalles de las características de la superficie celular por reflexión. Las celdas y otras estructuras suelen estar recubiertas con un metal como el oro.
• En un microscopio electrónico de transmisión (TEM), el haz de electrones se transmite a través de la célula y proporciona detalles de las estructuras internas de una célula. Como se podría imaginar, los microscopios electrónicos son significativamente más voluminosos y caros que los microscopios de luz.

Figura\(\PageIndex{2}\): La bacteria Salmonella se observa con un microscopio óptico. (crédito: modificación de obra por CDC, Instituto de Patología de las Fuerzas Armadas, Charles N. Farmer)

Figura\(\PageIndex{3}\): Esta micrografía electrónica de barrido (SEM) muestra bacterias Salmonella (en rojo) que invaden células humanas. (crédito: modificación de obra de Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH; datos de barra de escala de Matt Russell)

Teoría Celular

Los microscopios que utilizamos hoy en día son mucho más complejos que los utilizados en los años 1600 por Antony van Leeuwenhoek, un tendero holandés que tenía gran habilidad en la elaboración de lentes. A pesar de las limitaciones de sus lentes ahora antiguos, van Leeuwenhoek observó los movimientos de protistas (un tipo de organismo unicelular) y esperma, que colectivamente denominó “animales”.

En una publicación de 1665 llamada Micrographia, el científico experimental Robert Hooke acuñó el término “célula” (del latín cella, que significa “habitación pequeña”) para las estructuras en forma de caja que observó al ver el tejido de corcho a través de una lente. En la década de 1670, van Leeuwenhoek descubrió bacterias y protozoos. Los avances posteriores en la construcción de lentes y microscopios permitieron a otros científicos ver diferentes componentes dentro de las células.

A finales de la década de 1830, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann estudiaban tejidos y propusieron la teoría celular unificada. Esta teoría tiene tres principios que aún se mantienen hoy en día. Ellos son:

1. Todos los seres vivos están compuestos por una o más células.
2. La célula es la unidad básica de la vida.
3. Todas las celdas nuevas surgen de celdas existentes.

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Referencias

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Texto adaptado de: OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10