Las diminutas criaturas unicelulares obviamente no tienen espacio para un cerebro que les diga cómo moverse de formas complejas, por lo que, para moverse, por lo general ruedan, se deslizan o nadan.
Pero los habitantes microscópicos del estanque llamados Euplotes euristomo han dominado una forma de caminar sin cerebro: correteando como insectos, con sus 14 pequeños apéndices.
Parecen moverse un poco como las esculturas cinéticas de diseño holandés llamadas Strandbeastscon conexiones similares a un reloj que los recorren a través de un patrón de estados establecidos que se pueden ajustar en respuesta a su entorno.
“Parecía que estaba ocurriendo esta lógica secuencial con los movimientos”, dice
Estos protozoos, organismos unicelulares con características similares a las de los animales, tienen 14 haces tacaños de cilios que trabajan juntos como patas llamadas cirros. Pueden usar estos cirros para nadar y caminar mientras buscan presas activamente.
Todo esto empezó en el 2016 @MBLPhys curso durante mi doctorado con @Chano_Lab. Había notado criaturas depredadoras comiendo los coanoflagelados que estaba tratando de aislar de las muestras de campo. Sabiendo que Wallace es un experto en microorganismos locos, entablé una conversación…
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— Ben Larson (@BEuplotes) 1 de marzo de 2021
Larson y sus colegas capturaron imágenes microscópicas de estos pequeños depredadores para estudiar sus movimientos en cámara lenta. Los investigadores identificaron 32 combinaciones diferentes de movimientos de piernas y encontraron que era más probable que ciertas combinaciones se sucedieran.
Los cirros están hechos de fibras de tubulina, como el resto de las estructuras de andamiaje de la célula (su citoesqueleto). Estas fibras también actúan como estructura de soporte entre los diferentes cirros por lo que también funcionan como una especie de comunicación mecánica.
“Euplotes usa estas conexiones para facilitar un elaborado movimiento de caminar, ” explica Wallace Marshall, biofísico de la UCSF.
El modelado por computadora reveló que la tensión y la tensión en las fibras dictaban qué patrón establecido de posiciones de cirros era posible en cada momento. Algunos cirros almacenan estrés en diferentes etapas de la marcha; cuando se libera ese estrés, impulsa a la célula a pasar al siguiente estado, provocando una transición cíclica entre estos estados.
“El hecho de que EuplotesLos apéndices se mueven de un estado a otro de una manera no aleatoria, lo que significa que este sistema es como una computadora rudimentaria”. dice Marshall.
Cuando los investigadores expusieron Euplotes a un fármaco que interrumpe las reacciones sincrónicas de las fibras de tubulina desregulaba el modo de andar de la célula, haciendo que los pobres bichos caminaran en círculos inútiles.
Su paso seguía siendo regular, pero ya no estaba coordinado de una manera que permitiera un movimiento efectivo. Las conexiones mecánicas entre los apéndices ya no se podían cerrar y restablecer para que la celda siguiera funcionando.
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Entonces, en lugar de cerebros y nervios, estas criaturas unicelulares están controladas por redes de moléculas de señalización. Hemos visto anteriormente cómo estos sistemas pueden lograr comportamientos sorprendentemente complejos en los microbios, como la toma de decisiones, el aprendizaje y la navegando por laberintos.
“Este es un fenómeno biológico realmente fascinante en sí mismo, pero también podría resaltar procesos computacionales más generales en otros tipos de células”. dice Larson.
Todavía hay mucho más por entender sobre el funcionamiento mecánico de este sistema locomotor, pero ahora podemos agregar caminar a la lista de ejemplos de cómo se pueden aprovechar los procesos moleculares aleatorios para crear comportamientos secuenciales.
Esta investigación fue publicada en Biología actual.