La ciencia revela un nuevo misterio sobre los peces. Investigadores de la Universidad de Colorado Boulder demostraron que el mismo proceso físico que ayuda a eliminar la suciedad de la ropa podría influir en la forma en que los peces obtienen sus rayas y manchas de colores, según un estudio reciente publicado en la revista Science Advance.
“Muchas interrogantes biológicas son fundamentalmente la misma pregunta: ¿Cómo desarrollan los organismos patrones y formas complicados cuando todo comienza a partir de un grupo esférico de células? Nuestro trabajo utiliza un mecanismo físico y químico simple para explicar un fenómeno complicado”, apunta Benjamin Alessio, primer autor del artículo e investigador universitario.
Anteriormente, los biólogos ya habían demostrado que muchos animales evolucionaron hasta tener patrones de pelaje para camuflarse o atraer parejas. Si bien los genes codifican información sobre patrones como el color de las manchas de un leopardo, la genética por sí sola no explica dónde se desarrollarán exactamente estas manchas.
En 1952, antes de que los científicos descubrieran la estructura de doble hélice del ADN, Alan Turing, el matemático que inventó la informática moderna, propuso una audaz teoría sobre cómo los animales obtenían sus patrones.
Según esta hipótesis, a medida que los tejidos se desarrollan, producen agentes químicos. Estos se difunden a través del tejido en un proceso similar al agregar leche al café.
Algunos de los agentes reaccionan entre sí formando manchas. Otros inhiben la propagación y reacción de los agentes, formando espacios entre ellas. La teoría de Turing sugería que, en lugar de procesos genéticos complejos, este simple modelo de reacción-difusión podría ser suficiente para explicar los conceptos básicos de la formación de patrones biológicos.
“Seguramente el mecanismo de Turing puede producir patrones, pero la difusión no produce patrones nítidos. Por ejemplo, cuando la leche se difunde en el café, fluye en todas direcciones con un contorno borroso”, explica Ankur Gupta, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica.
Cuando el primer autor del artículo visitó el Acuario Birch en San Diego, quedó impacatado por la nitidez del patrón del pez cofre: está hecho de un punto púrpura rodeado por un distintivo contorno amarillo hexagonal con un grueso espacio negro en el medio. Por esta razón, se preguntó si el proceso conocido como “difusioforesis” desempeña un papel en la formación de patrones en la naturaleza.
De acuerdo con el estudio, la difusioforesis ocurre cuando una molécula se mueve a través de un líquido en respuesta a cambios, como diferencias de concentración, y acelera el movimiento de otros tipos de moléculas en el mismo entorno.
“Si bien puede parecer un concepto oscuro para los no científicos, en realidad así es como se limpia la ropa”, refiere el artículo.
Para ver si puede desempeñar una función en dar a los animales sus patrones vívidos, Gupta y Alessio realizaron una simulación del patrón 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 púrpuras borrosos con un contorno negro tenue.
Luego, el equipo modificó las ecuaciones para incorporar la difusioforesis. El resultado de este misterio sobre los peces fue mucho más similar al patrón hexagonal bicolor brillante y nítido que se ve en la especie.
En ese sentido, la teoría del equipo sugiere que cuando los agentes químicos se difunden a través del tejido como lo describió Turing, también arrastran consigo células productoras de pigmentos a través de la difusioforesis, al igual que el jabón quita la suciedad de la ropa. Estas células pigmentarias forman manchas y rayas con un contorno mucho más nítido.
En palabras de ambos investigadores, sus hallazgos enfatizan que la difusioforesis puede haber sido subestimada en el campo de la formación de patrones. “Este trabajo no solo tiene potencial para aplicaciones en los campos de la ingeniería y la ciencia de materiales, sino que también abre la oportunidad de investigar el papel de la difusioforesis en procesos biológicos, como la formación de embriones y tumores”. N
