Como creador de vídeos experimentales que trabaja a escalas más pequeñas que las moléculas, me rodeo de una gran variedad de visualizaciones científicas.
Al leer medios de divulgación sobre descubrimientos científicos, a veces me encuentro con afirmaciones de que una determinada visualización científica es, en realidad, una fotografía; por ejemplo: “la primera fotografía jamás tomada del interior de un átomo de hidrógeno”.
Una fotografía es una imagen formada por fotones de luz que se reflejan en un objeto y chocan contra una superficie fotosensible, como una película o un sensor digital. Dado que la luz transporta información relativa a la forma, la textura y el color, las fotografías son representaciones (imágenes del objeto) que conservan cierta semejanza con el original.
Sin embargo, vivimos en un mundo posfotográfico: un mundo en el que las visualizaciones utilizan distintas formas de “ver” los datos y los fenómenos científicos.
Las siguientes visualizaciones abarcan una amplia gama de escalas, desde lo geológico hasta lo cuántico. Se elaboraron con técnicas que ilustran las enormes diferencias entre los procesos de la fotografía y la visualización científica, y en algunos casos el potencial de combinar ambas.
1. Australia desde 700 km sobre la Tierra
Grayson Cooke es un artista de medios que trabaja con datos de satélites en órbita terrestre baja. Estos satélites cuentan con sensores que registran la radiación electromagnética, incluidas las longitudes de onda ultravioleta, infrarroja y visible de la luz.
Esta imagen fija, del proyecto de Cooke Open Air project, está formada por múltiples fotogramas capturados a lo largo de un año sobre el golfo de Carpentaria, y combina longitudes de onda infrarrojas y visibles.
Esta imagen puede considerarse en parte una fotografía, porque se ha realizado parcialmente con luz visible. Pero también es en parte una visualización de datos, porque utiliza radiación infrarroja invisible: datos a los que se ha dado la cualidad visible del color.
2. Retina de rata fluorescente
La microscopía confocal es una técnica que utiliza tintes fluorescentes — anticuerpos fabricados comercialmente a los que se han unido moléculas fluorescentes — para unirse específicamente a proteínas de células y tejidos en muestras biológicas. Las moléculas fluorescentes se hacen visibles cuando los láseres del microscopio las excitan, y pueden obtenerse imágenes mediante un fotodetector o una cámara.
En este ejemplo de retina de rata, se han marcado distintas proteínas de la superficie celular y se han utilizado anticuerpos con moléculas coloreadas para diferenciar los tipos de células de la retina, lo que revela la estructura en capas del tejido. La imagen es una fotografía de moléculas fluorescentes, pero no del tejido en sí directamente.
3. Grafeno bajo un microscopio de fuerza atómica
Arriba se muestra una micrografía de grafeno, una sustancia con múltiples capas de redes de carbono apiladas como hojas de papel. La imagen se tomó con un microscopio de fuerza atómica.
La obtención de imágenes microscópicas es tradicionalmente un proceso directo de captura de imagen óptica. Las ondas de luz se reflejan en un objeto y se amplifican mediante las lentes del microscopio, lo que permite al observador ver directamente los detalles en un estado aumentado.
Sin embargo, este proceso no funciona para los fenómenos a escala nanométrica (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro). Las ondas de luz del espectro visible son demasiado grandes para incidir sobre objetos de menos de 400 nanómetros de tamaño, por lo que no pueden reflejarse para ser captadas por un microscopio óptico.
El microscopio de fuerza atómica utiliza un método alternativo de detección: una sonda que funcionalmente se asemeja a la aguja de un tocadiscos, que recorre la muestra para explorarla y “palparla”.
La nitidez de la punta de la sonda, normalmente de unos pocos nanómetros de anchura, determina la resolución de la micrografía. Esto permite visualizar fenómenos más pequeños que cualquiera que pueda detectarse con luz.
Los datos espaciales que produce el instrumento —valores correspondientes a profundidad, anchura y altura— se traducen mediante diversos procesos instrumentales y computacionales para crear las micrografías. Este proceso convierte datos táctiles en datos visuales.
4. Rayos X dispersados por una proteína
Las simulaciones de dispersión de rayos X son una técnica habitual para determinar la forma de una molécula. Este ejemplo muestra una simulación del patrón de dispersión de rayos X de una proteína (conocida como GroEL), que tiene unos 60 000 átomos (10 nanómetros) de diámetro.
Este tipo de visualización se crea cuando un haz de rayos X se dirige a una muestra de proteína. Los rayos X se dispersan, cambiando de dirección en función de su interacción con los átomos de la proteína. Estos átomos pueden ser más o menos densos en determinadas zonas.
Los patrones de dispersión de rayos X pueden medirse y someterse a ingeniería inversa para deducir la estructura de la proteína que los generó. Los cristalógrafos utilizan el análisis computacional para recuperar la estructura tridimensional de la proteína.
5. Imágenes teóricas de moléculas
Se trata de una imagen calculada de una molécula de fluorobenceno a 25℃.
Las imágenes calculadas se utilizan para determinar los cambios que se producen durante la rotación de una molécula cuando interactúa con la luz. Se elaboran a partir de datos experimentales, y la información del cálculo se modifica hasta que el patrón calculado coincide con el experimental.
La imagen es un mapa de probabilidades que indica con qué probabilidad la molécula absorbe y emite luz, y la colorización artificial se asigna en función de dicha probabilidad. Esto depende de la forma de la molécula, de la vibración atómica en su interior y de la rotación de la molécula en el espacio.
La imagen se construye a partir de una serie de imágenes unidimensionales horizontales, que se apilan para formar el patrón bidimensional. Seguir los puntos de cualquiera de estas series equivale a seguir una escalera de energía correspondiente a la cantidad inicial de rotación de la molécula.
Si las moléculas están frías y, por tanto, rotan poco, estas series son cortas, mientras que las moléculas más cálidas y de rotación más rápida crean una serie de puntos más larga.
6. Trayectorias de burbujas de partículas
Una cámara de burbujas es un cilindro lleno de líquido presurizado que forma burbujas en respuesta al paso de partículas a través de él. Si bien las partículas en sí no pueden fotografiarse, sí pueden fotografiarse estas trayectorias de burbujas.
Los haces de partículas entran en la cámara, y se deja que las burbujas formadas crezcan hasta alcanzar unos 1 mm antes de tomar fotografías con flash desde múltiples ángulos.
Al observar cómo se construyen estas “imágenes”, podemos ver que, a menudo, no son realmente imágenes en el sentido tradicional de la palabra.
En lugar de capturar “cómo se ve algo”, la visualización de datos implica traducir una característica a una forma visual, o encontrar un proceso físico que pueda visualizarse.
Junto a estas imágenes de fenómenos científicos complejos y de pequeña escala se encuentran datos numéricos, tablas, representaciones gráficas e interpretaciones. Quizá sea cierto, por tanto, que las visualizaciones científicas por sí solas no pueden representar lo que es, sino únicamente dar una idea de lo que es.
