A la naturaleza no le faltan patrones, desde manchas en leopardos hasta rayas en cebras y hex\u00e1gonos en peces cofre. Pero sigue siendo dif\u00edcil encontrar una explicaci\u00f3n completa de c\u00f3mo se forman estos patrones.<\/p>\n\n\n\n
Ahora, ingenieros de la Universidad de Colorado Boulder han demostrado que el mismo proceso f\u00edsico que ayuda a eliminar la suciedad de la ropa podr\u00eda influir en la forma en que los peces tropicales obtienen sus rayas y manchas de colores. Sus hallazgos fueron publicados el 8 de noviembre en la revista Science Advances.<\/p>\n\n\n\n
“Muchas preguntas biol\u00f3gicas son fundamentalmente la misma pregunta: \u00bfC\u00f3mo desarrollan los organismos patrones y formas complicados cuando todo comienza a partir de un grupo esf\u00e9rico de c\u00e9lulas?”, dijo Benjamin Alessio, primer autor del art\u00edculo e investigador universitario en el Departamento de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Biol\u00f3gica. “Nuestro trabajo utiliza un mecanismo f\u00edsico y qu\u00edmico simple para explicar un fen\u00f3meno biol\u00f3gico complicado”.<\/p>\n\n\n\n
Los bi\u00f3logos han demostrado anteriormente que muchos animales evolucionaron hasta tener patrones de pelaje para camuflarse o atraer parejas. Si bien los genes codifican informaci\u00f3n sobre patrones como el color de las manchas de un leopardo, la gen\u00e9tica por s\u00ed sola no explica d\u00f3nde se desarrollar\u00e1n exactamente las manchas, por ejemplo.<\/p>\n\n\n\n
En 1952, antes de que los bi\u00f3logos descubrieran la estructura de doble h\u00e9lice del ADN, Alan Turing, el matem\u00e1tico que invent\u00f3 la inform\u00e1tica moderna, propuso una audaz teor\u00eda sobre c\u00f3mo los animales obten\u00edan sus patrones. Turing plante\u00f3 la hip\u00f3tesis de que a medida que los tejidos se desarrollan, producen agentes qu\u00edmicos. Estos agentes se difunden a trav\u00e9s del tejido en un proceso similar a agregar leche al caf\u00e9. Algunos de los agentes reaccionan entre s\u00ed formando manchas. Otros inhiben la propagaci\u00f3n y reacci\u00f3n de los agentes, formando espacios entre las manchas. La teor\u00eda de Turing suger\u00eda que, en lugar de procesos gen\u00e9ticos complejos, este simple modelo de reacci\u00f3n-difusi\u00f3n podr\u00eda ser suficiente para explicar los conceptos b\u00e1sicos de la formaci\u00f3n de patrones biol\u00f3gicos.<\/p>\n\n\n\n
“Seguramente el mecanismo de Turing puede producir patrones, pero la difusi\u00f3n no produce patrones n\u00edtidos”, dijo el autor correspondiente Ankur Gupta, profesor asistente en el Departamento de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica y Biol\u00f3gica. Por ejemplo, cuando la leche se difunde en el caf\u00e9, fluye en todas direcciones con un contorno borroso.<\/p>\n\n\n\n
Cuando Alessio visit\u00f3 el Acuario Birch en San Diego, qued\u00f3 impresionado por la nitidez del intrincado patr\u00f3n del pez cofre: est\u00e1 hecho de un punto p\u00farpura rodeado por un distintivo contorno amarillo hexagonal con un grueso espacio negro en el medio. Pens\u00f3 que la teor\u00eda de Turing por s\u00ed sola no ser\u00eda capaz de explicar los contornos n\u00edtidos de estos hex\u00e1gonos. Pero el patr\u00f3n le record\u00f3 a Alessio las simulaciones por computadora que hab\u00eda estado realizando, donde las part\u00edculas forman franjas muy definidas. Alessio, miembro del grupo de investigaci\u00f3n Gupta, se pregunt\u00f3 si el proceso conocido como difusioforesis desempe\u00f1a un papel en la formaci\u00f3n de patrones naturales.<\/p>\n\n\n\n
La difusioforesis ocurre cuando una mol\u00e9cula se mueve a trav\u00e9s de un l\u00edquido en respuesta a cambios, como diferencias de concentraci\u00f3n, y acelera el movimiento de otros tipos de mol\u00e9culas en el mismo entorno. Si bien puede parecer un concepto oscuro para los no cient\u00edficos, en realidad as\u00ed es como se limpia la ropa.<\/p>\n\n\n\n
Un estudio reciente demostr\u00f3 que enjuagar la ropa empapada en jab\u00f3n en agua limpia elimina la suciedad m\u00e1s r\u00e1pido que enjuagar la ropa empapada en jab\u00f3n en agua con jab\u00f3n. Esto se debe a que cuando el jab\u00f3n se difunde fuera de la tela y pasa al agua con menor concentraci\u00f3n de jab\u00f3n, el movimiento de las mol\u00e9culas de jab\u00f3n extrae la suciedad. Cuando la ropa se pone en agua con jab\u00f3n, la falta de diferencia en la concentraci\u00f3n de jab\u00f3n hace que la suciedad permanezca en su lugar. El movimiento de las mol\u00e9culas durante la difusioforesis, como observaron Gupta y Alessio en sus simulaciones, siempre sigue una trayectoria clara y da lugar a patrones con contornos n\u00edtidos.<\/p>\n\n\n\n
Para ver si puede desempe\u00f1ar un papel en dar a los animales sus patrones v\u00edvidos, Gupta y Alessio realizaron una simulaci\u00f3n del patr\u00f3n hexagonal morado y negro que se ve en la piel ornamentada del pez cofre usando solo las ecuaciones de Turing. La computadora produjo una imagen de puntos p\u00farpuras borrosos con un contorno negro tenue. Luego, el equipo modific\u00f3 las ecuaciones para incorporar la difusioforesis. El resultado result\u00f3 ser mucho m\u00e1s similar al patr\u00f3n hexagonal bicolor brillante y n\u00edtido que se ve en el pez.<\/p>\n\n\n\n
La teor\u00eda del equipo sugiere que cuando los agentes qu\u00edmicos se difunden a trav\u00e9s del tejido como describi\u00f3 Turing, tambi\u00e9n arrastran consigo c\u00e9lulas productoras de pigmentos a trav\u00e9s de la difusioforesis, al igual que el jab\u00f3n quita la suciedad de la ropa. Estas c\u00e9lulas pigmentarias forman manchas y rayas con un contorno mucho m\u00e1s n\u00edtido.<\/p>\n\n\n\n
D\u00e9cadas despu\u00e9s de que Turing propusiera su teor\u00eda fundamental, los cient\u00edficos han utilizado el mecanismo para explicar muchos otros patrones en biolog\u00eda, como la disposici\u00f3n de los fol\u00edculos pilosos en los ratones y las crestas en el paladar de los mam\u00edferos. Gupta espera que su estudio, y m\u00e1s investigaciones en curso por parte de su grupo de investigaci\u00f3n, tambi\u00e9n puedan mejorar la comprensi\u00f3n de la formaci\u00f3n de patrones, inspirando a los cient\u00edficos a desarrollar materiales innovadores e incluso medicamentos.<\/p>\n\n\n\n
“Nuestros hallazgos enfatizan que la difusioforesis puede haber sido subestimada en el campo de la formaci\u00f3n de patrones. Este trabajo no s\u00f3lo tiene potencial para aplicaciones en los campos de la ingenier\u00eda y la ciencia de materiales, sino que tambi\u00e9n abre la oportunidad de investigar el papel de la difusioforesis en procesos biol\u00f3gicos, como como la formaci\u00f3n de embriones y la formaci\u00f3n de tumores”, afirm\u00f3 Gupta.<\/p>\n\n\n\n