Al contrario de lo que se suele creer, las estructuras repetidas de los embriones surgen por fenómenos físicos y químicos relativamente simples y no por el control del desarrollo que pudieran ejercer los genes.
Al menos así lo afirma un nuevo estudio de Francia y Polonia publicado en la revista Europhysics Letters. Los investigadores al cargo presentaron un modelo teórico que proporciona información sobre el proceso mediante el cual el ruido interno y termodinámico del sistema influye en la segmentación. En palabras de los investigadores, lo descubierto no es en absoluto evidente si se compara con las observaciones iniciales.
Investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) y de la universidad Pierre y Marie Curie (ambos en Francia), en cooperación con el Instituto de Química Física de la Academia de las Ciencias de Polonia (IPC PAS), indicaron que durante la etapa inicial de la embriogénesis de vertebrados se forman segmentos repetidos llamados somitas en su mesodermo dorsal que poco a poco se transforman en vértebras y elementos espinales. El modelo presentado por el equipo muestra cómo el ruido interno dentro de cualquier sistema físico influye en la formación de dichos patrones.
«Estamos convencidos de que las leyes de la física y la química pueden explicar el fenómeno biológico y la evolución de los organismos vivos», dijo el Dr. Bogdan Nowakowski de IPC PAS. «Por ello hemos tratado de modelar teóricamente uno de los elementos de la embriogénesis de los vertebrados: la formación de las estructuras repetidas en la somitogénesis. Lo logramos considerando el esquema mínimo de las reacciones químicas involucradas sólo en unos pocos componentes».
Según los investigadores, las reacciones oscilantes de fenómenos no equilibrados producen soluciones acuosas de los reactivos adecuados con varias concentraciones. Cuando se añade un componente, tiene lugar una variación del estado de equilibrio termodinámico del sistema. A continuación, los frentes de onda químicos comienzan a propagarse en el líquido. Debido a su presencia, tienen lugar varios cambios en el color de la solución. Los investigadores observaron que si la reacción tiene lugar en una solución poco densa, como una placa de Petri, se forman y propagan anillos de color de forma permanente.
El modelo propuesto por el equipo es claro y conciso, dijeron. En conjunto, descubrieron tres reacciones químicas y cuatro sustancias dentro de este modelo, cuyos parámetros se pueden ajustar a las reacciones desencadenadas que dan como resultado oscilaciones espaciales claras en las concentraciones de los componentes de la solución. El resultado son patrones repetidos que son estables en el tiempo, también denominadas estructuras de Turing.
«Nuestro modelo es un concepto puramente teórico, una señal que indica que una parte del fenómeno que tiene lugar durante la somitogénesis [está] controlada por mecanismos verdaderamente sencillos», dijo el Dr. Nowakowski, que, junto con sus colegas, confirmaron el efecto del ruido interno en la revisión de los procesos.
En la naturaleza, según el equipo, el ruido es una consecuencia de la estructura molecular diferenciada de la materia. Es un efecto estocástico inevitable, que surge dentro de cada sistema físico. En un modelo teórico, el ruido se puede introducir o suprimir a voluntad. Esto también significa que los científicos teóricos pueden probar suposiciones fuera del alcance de los experimentales como por ejemplo comparar un sistema sin ruido que no existe en la naturaleza con un sistema con ruido y evaluar el efecto de las fluctuaciones termodinámicas en los procesos de segmentación.
«Normalmente, se supone que un ruido accidental afecta el orden existente», destacó el Dr. Nowakowski. «Nuestras simulaciones dan un resultado opuesto. Después de haber introducido el ruido en el modelo, los patrones repetidos comienzan a aparecer más rápido, justo después de que el frente de onda químico haya pasado.»
Para más información:
Centro Nacional de Investigación Científica de Francia (CNRS):
http://www.cnrs.fr/
Instituto de Química Física de la Academia de las Ciencias de Polonia:
http://www.ichf.edu.pl/indexen.html
Europhysics Letters:
http://epljournal.edpsciences.org/
Fuente: Cordis
