Alrededor de 148 millones: esa es la cantidad de especímenes, incluidas plantas, animales, minerales y artefactos humanos, que los curadores estiman que se encuentran en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian. Sin embargo, estas estimaciones no reflejan los miles de millones de diminutos especímenes individuales contenidos en los portaobjetos de microscopio (los finos trozos de vidrio que fijan los objetos en su lugar para su observación), cada uno de los cuales representa un registro de una especie en un lugar y tiempo específicos.
Las colecciones de portaobjetos de microscopio son una parte infrautilizada de las colecciones naturales porque son pequeñas, frágiles y, por lo general, no están bien catalogadas. Por lo general, una sola diapositiva se registra como una sola muestra, aunque puede contener cientos de miles de muestras identificables. Desempeñan un papel importante a la hora de documentar la vida, tanto presente como pasada, y también son un recurso educativo esencial para la formación de futuros científicos.
Nuestro equipo de paleontólogos de plantas y biólogos evolutivos utiliza técnicas de microscopía para resaltar todo el potencial de las colecciones de historia natural. En nuestra investigación publicada recientemente en la revista PLoS One, desarrollamos una forma de capturar digitalmente portaobjetos de microscopio completos y poner las muestras que contienen a disposición de científicos y estudiantes de todo el mundo.
Montones de especímenes sin precedentes
La Colección de Polen de Denver contiene aproximadamente 70.000 diapositivas de polen fosilizado extraído de rocas de muchas edades geológicas. La colección, que ahora se encuentra en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, representa más de 60 años de esfuerzo de numerosos geólogos y paleontólogos que trabajan para el Servicio Geológico de EE. UU., reuniendo especímenes de todo el territorio continental de EE. UU., Alaska y muchas otras partes del mundo.
Ante uno de los registros fósiles de vida vegetal más completos que existen, los científicos han utilizado esta colección para comprender cómo han cambiado la vegetación y el clima a lo largo del tiempo geológico.
Una instantánea de la recolección de polen en Denver. Las diapositivas están en cajas, arriba a la izquierda, y en cajones, abajo a la derecha. Ingrid C. Romero, CC BI-ND
Por ejemplo, al estudiar la colección de polen en Denver, los investigadores descubrieron que la vertiente norte de Alaska tenía un clima templado a subtropical hace unos 50 a 56 millones de años que permitía que las palmeras crecieran al norte del Círculo Polar Ártico.
La colección también fue fundamental para determinar la rapidez con la que la vegetación se recuperó del impacto del asteroide que causó la extinción masiva hace 66 millones de años.
A pesar de su valor científico, nunca se ha estimado el número de especímenes de la Colección de Polen de Denver. Cuando el Smithsonian adquirió la colección en 2021, nuestro equipo comenzó a capturar digitalmente algunas de estas diapositivas a lo largo de varios años.
Estimamos que esta colección contiene alrededor de 4.300 millones de microfósiles, cuatro veces más especímenes de lo que se estimaba anteriormente que existían en todas las colecciones de los 73 museos de historia natural más grandes del mundo juntas.
Preservación de ejemplares mediante digitalización.
La digitalización de portaobjetos de microscopio es importante para preservar la información que contienen. Muchos portaobjetos fallan: el medio de montaje que sostiene los cubreobjetos puede amarillear y agrietarse con el tiempo, ocultando las muestras a la vista.
En nuestro estudio, mostramos cómo el uso de escáneres de portaobjetos de microscopio modernos puede ayudar a los investigadores a digitalizar y preservar microespécimenes (incluidos polen, diatomeas y radiolarios), así como pequeños insectos y diversos tejidos de plantas y hongos. Estos escáneres pueden digitalizar diapositivas completas en alta resolución. Cada escaneo dura desde unos segundos hasta unos minutos, según el tamaño de la muestra. También pueden tomar imágenes en 3D de órganos y características dentro de las muestras.
Este vídeo muestra la cabeza de un pequeño escarabajo de la familia Ptiliidae, conservada en un portaobjetos de microscopio. Se pueden ver sus ojos, antenas y boca al observar el ejemplar.
Tradicionalmente, los estudios de historia natural se basaban en la experiencia de un único especialista. Un experto podría pasar decenas de horas analizando manualmente un portaobjetos de microscopio y encontrar sólo una fracción de los miles de muestras presentes. Además, otros investigadores sólo pueden verificar sus hallazgos si tienen acceso a la misma diapositiva.
Con el escaneo de portaobjetos y las imágenes digitales, los investigadores pueden utilizar modelos de IA para detectar la mayoría de las muestras en un portaobjetos y anotar dónde se encuentran en el portaobjetos. Esto facilita no sólo mover muestras individuales, sino también acceder a ellas de forma remota a través de Internet, lo que mejora la capacidad de los investigadores para replicar y verificar la precisión de los estudios.
La digitalización de muestras en portaobjetos de microscopio no sólo preserva la información sobre cómo se descomponen los propios vasos, sino que también los hace más accesibles para los investigadores, los estudiantes y el público.
Las imágenes de diapositivas digitales brindan a los estudiantes de botánica, entomología, micropaleontología y otros campos acceso a vastas colecciones de referencia que pueden no estar disponibles en sus países de origen. Esto aumenta la reserva de talentos en estos campos al permitir que estudiantes de todo el mundo participen en investigaciones originales, como por ejemplo cómo el cambio climático afecta la extinción y la migración de diferentes especies.
Las bases de datos abiertas de microscopía digital también facilitan la colaboración científica. Los investigadores pueden revisar y medir imágenes en cualquier lugar y en cualquier momento, sin la necesidad de manipular una diapositiva física. Esto reduce las barreras al intercambio de ciencia, así como el riesgo de daños a las diapositivas durante el transporte o manipulación.
Este vídeo muestra parte de un portaobjetos de microscopio con fósiles de polen de Alaska de 53 millones de años de antigüedad. El área resaltada de 2,9 milímetros cuadrados contiene 392 granos de polen, cada uno encerrado en un círculo rojo. El futuro de las colecciones de portaobjetos de microscopio
La digitalización de portaobjetos de microscopio en los museos de historia natural y la automatización de la forma en que se etiquetan los microfósiles están abriendo más oportunidades para que los investigadores compartan y estudien los cientos de miles de millones de especímenes en colecciones de todo el mundo.
Sin embargo, la digitalización no está exenta de costes. Estimamos que la digitalización completa de la Colección de Pollen de Denver requeriría casi cinco años de funcionamiento continuo y alrededor de 3,5 petabytes de espacio de almacenamiento. Pero creemos que estos esfuerzos arrojarán un conjunto de datos masivo que capture los cambios en la flora y el clima de la Tierra a lo largo del tiempo geológico.
La microscopía digital abre nuevos horizontes a campos como la micropaleontología para explorar la biodiversidad del planeta. Hay toda una galaxia de naturaleza esperando a ser vista… y ya alojada en museos y universidades de todo el mundo.
Este artículo se actualizó para señalar que el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian tiene 148 millones de especímenes.
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