A invenção do microscópio e a descoberta da célula

É difícil dizer quem inventou o aparelho hoje conhecido como microscópio (do grego mikros = pequeno; skopeo = examinar). Um dos candidatos a essa invenção foi o cientista Galileu Galilei (1564-1642), em 1609. Mas quem chamou a atenção dos cientistas para o uso desse aparelho no estudo de microrganismos foi um comerciante de tecidos holandês.

A descoberta da célula

O holandês Anton van Leeuwenhoek (1632-1723; pronuncia-se “lêvenhuk”) foi um comerciante de tecidos que dedicava boa parte do seu tempo ao estudo da natureza. Ele tinha notável habilidade para polir lentes e torná-las muito finas, para poder usá-las para examinar as fibras de tecidos e atestar sua qualidade. Com suas lentes e técnicas de iluminação, Leeuwenhoek foi capaz de aumentar a imagem dos objetos até 270 vezes. Ele pôde, assim, observar microrganismos que mediam apenas cerca de 0,003 mm de comprimento. Embora as imagens fossem ainda muito distorcidas na forma e na cor, isso já constituía um grande avanço, pois o ser humano não enxerga, a olho nu, objetos com menos de aproximadamente 0,1 mm de comprimento.

Na mesma época em que Leeuwenhoek desenvolvia suas lentes e realizava suas observações de um mundo pequeno demais para ser observado a olho nu, o cientista inglês Robert Hooke (1635-1703; pronuncia-se “huk”, com a letra “h” aspirada) observou pedaços de cortiça com o auxílio de um microscópio formado por duas ou mais lentes associadas dentro de um tubo de metal. Esse objeto era o chamado microscópio composto, semelhante aos microscópios de hoje. Hooke descreveu pequenas cavidades no interior daqueles pedaços de cortiça e deu-lhes o nome de células (do latim cellula 5 pequeno compartimento). De fato, como a cortiça é um tecido de células mortas que protege o tronco das árvores, o que Hooke viu foi apenas o envoltório da célula e o espaço vazio antes ocupado pela célula viva.

Microscópio utilizado por Hooke e ilustração, feita por ele, de um pedaço de cortiça observado com o instrumento (o corpo do microscópio tinha cerca de 15 centímetros de comprimento).

A construção do conhecimento humano sobre as células continua até hoje. Depois de Hooke, na década de 1820, o botânico escocês Robert Brown (1773-1858; pronuncia-se “bráun”) descobriu um pequeno corpo no interior de vários tipos de células e o chamou de núcleo.

Já em 1838, o botânico alemão Matthias Schleiden (1804-1881; pronuncia-se “xláiden”) concluiu que a célula era a unidade básica de todas as plantas. Um ano mais tarde, o zoólogo alemão Theodor Schwann (1810- -1882; pronuncia-se “xvan”) generalizou esse conceito para os animais. Iniciava-se assim o desenvolvimento da teoria celular de Schwann e Schleiden. Essa teoria afirma, entre outras generalizações, que todos os seres vivos são formados por células.

Theodor Schwann. Ele estende o conceito de Schleiden e afirma que a célula é a unidade básica de todos os animais.

Mas ainda havia uma questão: de onde vinham as células? Em 1858, o médico alemão Rudolf Virchow (1821-1902; pronuncia-se “fírchov”) afirmou que toda célula provém de outra, querendo dizer que uma célula é capaz de se reproduzir. Virchow fez mais uma afirmação ousada para a época: as doenças seriam consequência de problemas nas células.

A teoria celular

Com base nessas e em outras descobertas, elaborou-se a teoria celular. Como vimos, a elaboração dessa teoria foi resultado de várias pesquisas realizadas por diversos cientistas ao longo do tempo. De acordo com essa teoria, todos os seres vivos são formados por células. Alguns têm o corpo formado por uma única célula. Portanto, a célula é a unidade morfológica dos seres vivos. A teoria celular também parte do princípio de que a célula é a menor unidade viva. As propriedades vitais de um organismo dependem das propriedades de suas células, nas quais ocorrem as reações do metabolismo. Portanto, a célula é a unidade fisiológica dos seres vivos. Por fim, essa teoria defende que as células surgem sempre de outras células. E que cada uma contém as informações hereditárias de todo o organismo.

Uma célula animal típica mede entre 10 µm e 20 µm de diâmetro: ela é cerca de cinco vezes menor que a menor partícula visível a olho nu.

O estudo da Célula

Para estudar a estrutura e o funcionamento da célula, os cientistas utilizam vários instrumentos e técnicas. Um exemplo de instrumento é o microscópio. O material analisado nesse equipamento é geralmente tratado com corantes e fixadores para que se possa melhorar a visualização das estruturas microscópicas.

Microscópio, corantes e fixadores

Se dois pontos estiverem separados por uma distância igual ou superior a 0,1 mm, seremos capazes de distingui-los a olho nu. Se a distância for menor que 0,1 mm, veremos apenas um ponto; a imagem perde nitidez. Isso significa que o olho humano tem poder de resolução de 0,1 mm. Esse é o diâmetro aproximado do óvulo humano. Para ver algo menor, precisamos da ajuda de um microscópio. O microscópio de luz ou óptico é formado por um sistema de lentes com poder de resolução de até 0,2 µm, bem maior que o do olho humano. Com esse instrumento podemos aumentar a imagem de um objeto cerca de 1 500 vezes sem que ela perca nitidez. O aumento do tamanho da imagem no microscópio de luz resulta de um sistema de lentes chamadas lentes convergentes, estudadas em Física.

Com esse aumento obtido pelo microscópio é possível ver as células e algumas de suas estruturas internas. As fotos tiradas com microscópios são chamadas micrografias.

Entenda melhor o funcionamento do microscópio.O microscópio de luz é um conjunto formado, entre outros componentes, por duas lentes (objetiva e ocular); parafusos macro e micrométrico (este com maior precisão) para ajustar o foco da imagem; fonte de luz e condensador para projetar um feixe de luz sobre o objeto; platina, que sustenta a lâmina de vidro na qual está o objeto; parte mecânica de suporte. O aumento da imagem é obtido pela multiplicação do aumento da objetiva pelo aumento da ocular.

Um objeto que se queira observar com esse aparelho precisa ser atravessado por um feixe de luz, portanto, é preciso que ele seja suficientemente fino. Em observações mais grosseiras, um corte fino do objeto pode ser obtido com uma lâmina de barbear. Em observações mais cuidadosas, o corte deve ser feito com um aparelho especial, o micrótomo. Nesse caso, o objeto, comumente um tecido animal ou vegetal, deve ser colocado em blocos de parafina para facilitar o corte, processo conhecido como inclusão. A maioria das estruturas celulares, no entanto, só pode ser vista ao microscópio comum se a célula for previamente tratada com corantes. Cada corante reage apenas com determinadas estruturas da célula, fornecendo um contraste que facilita sua observação . No caso de observações demoradas e repetidas, usam-se fixadores (álcool e formol, por exemplo), substâncias que conservam a célula, alterando o mínimo possível sua estrutura.

A Citologia ganhou impulso muito grande com a invenção do microscópio eletrônico de transmissão, em 1939. Nesse microscópio, em vez de lentes de cristal, há bobinas que funcionam como eletroímãs desviando o feixe de elétrons (fenômeno estudado em Eletromagnetismo, um ramo da Física). A imagem pode ser observada em uma tela ou em uma micrografia. Com essa técnica, pode-se alcançar um poder de resolução de até 0,0014 µm. A utilização desse tipo de microscópio e de outras técnicas sofisticadas permite obter informações mais detalhadas sobre a estrutura e a composição química da célula, além de seus processos metabólicos.

Mais tarde foi desenvolvido o microscópio eletrônico de varredura , no qual um feixe de elétrons, em vez de atravessar o objeto, varre-o como se fosse uma pessoa sentindo com os dedos o relevo de uma superfície. Desse modo, consegue-se uma imagem tridimensional do objeto. Essa imagem é formada por elétrons refletidos, e não por elétrons que atravessam o material.

Células Procariotas e Eucariotas

Compare o esquema de uma bactéria com o de uma célula animal ou vegetal. É possível perceber que a bactéria é formada por uma célula bem mais simples que a animal e a vegetal.

A célula da bactéria é uma célula procariota ou procariótica (do prefixo português pro= anterior; e do grego karyon = núcleo; onthos - ser): o material genético (DNA) não está envolvido por uma membrana e não há um núcleo individualizado e separado do citoplasma; o DNA está mergulhado em uma espécie de gelatina, formada por água e várias substâncias dissolvidas. No citoplasma encontramos também os ribossomos, organelas responsáveis pela síntese de proteínas. Todo esse conjunto é envolvido pela membrana plasmática, formada por lipídios e proteínas. Envolvendo essa membrana, existe ainda um reforço externo, a parede celular, composta de cadeias de glicídios e aminoácidos. Os seres vivos formados por células procarióticas são chamados procariontes. Eles são organismos unicelulares, medindo, em geral, entre 1 µm e 10 µm de tamanho, e são representados pelas bactérias. Na classificação moderna, consideramos bactérias também as algas cianofíceas ou azuis, atualmente chamadas cianobactérias. A célula eucariota ou eucariótica (do grego eu = bem, verdadeiro; karyon = núcleo), medindo entre 10 µm e 100 µm de tamanho, é bem maior e mais complexa que a procariótica. Seu material genético é constituído por DNA associado a proteínas – formando os cromossomos – e está envolvido por uma membrana, o envelope nuclear (também chamado carioteca). Forma-se, assim, um núcleo individualizado. Os organismos uni ou pluricelulares formados por células eucarióticas são chamados eucariontes. No citoplasma dos eucariontes existe, além dos ribossomos, uma série de organelas, envolvidas por uma membrana, que estão ausentes nos procariontes: mitocôndrias, retículo endoplasmático, complexo golgiense (antes chamado complexo de Golgi), cloroplastos, lisossomos, etc..

A evolução da estrutura da célula

A célula eucariótica deve ter surgido da procariótica por dois processos:

• invaginações da membrana formaram canais e vesículas e originaram várias estruturas, como o envelope nuclear, o retículo endoplasmático, o complexo golgiense e outras, que serão estudadas adiante;

• bactérias invadiram as células primitivas e passaram a viver em seu interior, formando outras organelas, como a mitocôndria e o cloroplasto.

Surgiu, assim, uma célula dividida em compartimentos. Cada um deles passou a desempenhar uma função definida. Essa divisão de trabalho permitiu que cada função fosse realizada com eficiência, propiciando o aparecimento de células maiores e também de seres vivos maiores, pluricelulares, que consomem mais alimento e energia e dependem de sistemas mais eficientes para essas funções.

O caso dos vírus

Você certamente já teve alguma doença causada por vírus (do latim virus 5 veneno). Algumas viroses comuns são gripe, sarampo, herpes, hepatite, resfriado, dengue, catapora, caxumba, rubéola e febre amarela, entre outras. Entender os vírus que causam doenças é uma das razões pelas quais seu estudo é fundamental. Os vírus prejudicam pessoas, plantas e animais e devem ser estudados também por profissionais interessados em combater doenças em criações e plantações, por exemplo. Além disso, os vírus são interessantes porque são diferentes de todos os outros organismos, sejam procariontes, sejam eucariontes. Sua organização é muito simples: cápsulas de proteína (às vezes há outras substâncias, como lipídios e glicídios) com material genético (DNA ou RNA) em seu interior. Os vírus são capazes de se reproduzir somente quando estão no interior de uma célula.Os novos vírus formados são semelhantes ao original, caracterizando, portanto, propriedades de reprodução e hereditariedade. Como também são capazes de sofrer mutações no ácido nucleico, eles podem evoluir. Dessa forma, quando estão no interior de células vivas, os vírus apresentam certas propriedades de seres vivos. Fora delas, no entanto, não possuem essas propriedades e permanecem inertes. Por isso dizemos que eles são parasitas intracelulares obrigatórios. Talvez os vírus tenham se originado de fragmentos de ácidos nucleicos que escaparam de algumas células e penetraram em outras. Eles não pertencem a nenhum dos cinco reinos ou dos três domínios e, para muitos cientistas, não são considerados seres vivos. De acordo com esses cientistas, os vírus seriam apenas agentes patogênicos, ou seja, causadores de doenças. Segundo essa visão, os vírus não seriam vivos porque não apresentam metabolismo próprio, dependendo do metabolismo de células de outros seres. Outros cientistas consideram que a capacidade de replicação, a hereditariedade e a evolução já são suficientes para considerar os vírus seres vivos. Ou seja, para conseguir definir se os vírus são seres vivos ou não, é necessário compreender o que é a vida. Embora pareça simples observar no ambiente onde há e onde não há vida, os vírus parecem ser uma forma limítrofe difícil de se encaixar em definições simples. Por isso essa discussão ultrapassa o campo da Biologia e intriga estudiosos de diversas áreas, como a Filosofia.