Diseño, color y simetría a lo bestia

Diseño, color y simetría

(Agencia Informativa Conacyt).- Algunas de las formas más fascinantes de la naturaleza se encuentran en los patrones de pigmentación de los animales. Su simplicidad geométrica emerge de procesos complejos involucrados con la epigenética, ciencia que estudia la relación de los genes con el ambiente.

La doctora en ciencias Lorena del Carmen Caballero Coronado, investigadora del Instituto de Ciencias de la Complejidad de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), trabaja en el diseño de modelos matemáticos que consideran los fenómenos evolutivos, genéticos y procesos físicos, implicados en la manifestación de dichos patrones.

Como parte de su tesis doctoral, asesorada por el doctor Germinal Cocho Gil, del Instituto de Física de la UNAM, consolidó un artículo llamado “Un modelo epigenético para el patrón de pigmentación basado en las interacciones celulares y mecánicas”, publicado en 2012 en Journal of Experimental Zoology.

La publicación fue elogiada por James Murray, matemático inglés y profesor emérito de las universidades de Washington y de Oxford, reconocido por muchos como uno de los padres contemporáneos de la biología matemática.

“El trabajo fue una búsqueda para entender cómo emergen los patrones en la naturaleza. Siempre me pareció interesante la presencia de formas geométricas que se asemejan a otras estructuras que no son biológicas”, indicó la doctora en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt.

Los patrones son estructuras bidimensionales ordenadas en diferentes escalas y niveles de organización. Pueden presentarse a nivel microscópico en las partículas, átomos, células, y macroscópico como en los tejidos, ecosistemas, galaxias.

Basta observar las bandas de las dunas del desierto y las franjas de las cebras o piel moteada de algunos mamíferos, para encontrar patrones en objetos inanimados o en organismos vivos. Dicha formación nos hace preguntarnos si obedece a alguna ley común.

La doctora Lorena Caballero explicó que en el caso de los organismos vivos, la biología evolutiva por selección natural, explica que dichos patrones son resultado de la selección natural con importancia en procesos adaptativos del organismo; sin embargo, no establece cómo la selección natural conforma y establece el patrón.

“La emergencia de la forma es una pregunta importante para la biología evolutiva. Si logramos descubrir cosas generales de la forma, podemos hacer extrapolaciones interesantes”.

Las primeras pistas del origen de estos patrones las encontramos en la física, que explica cómo los cúmulos de células pueden diferenciarse y establecer un patrón en la piel de los animales.

“Los seres vivos somos sistemas complejos formados por sistemas celulares que funcionan como sistemas físicos. Al conjuntar las distintas variables que intervienen en el sistema, nos permite tener mayor amplitud de las interacciones que tratamos”.

Una de las primeras propuestas fue hecha por el matemático Alan Turing en su artículo “La base química de la morfogénesis”. En su trabajo estableció las bases de la morfogénesis para entender cómo se pueden formar patrones químicos espaciales y su relación con los observados en la naturaleza.

La morfogénesis (del griego morphê, forma, y genĕsis, creación) describe el origen de la forma, proceso celular por el cual se desarrolla y se diferencian los órganos de un embrión.

Turing propuso que la generación de forma y orden en un ser vivo puede relacionarse directamente con el orden generado con un prepatrón químico.

La doctora Lorena Caballero explicó que la biología trabaja con la teoría de la evolución para explicar el origen de la forma. Sin embargo, en su estudio exploró cómo las restricciones de la materia influyen en el origen de las formas vivas.

“Mi trabajo lo hice desde la física utilizando un modelo matemático y buscando las razones biológicas de este problema. Normalmente en la biología las restricciones de la materia son cuestiones que no podemos evitar, o externas. En mi trabajo, las fuerzas físicas también están dentro de los sistemas biológicos y definen muchas características”.

El conjunto de las restricciones de la física y los mecanismos biológicos es lo que emerge en una estructura biológica evolutiva, y a través de ellos puede entenderse el origen de las formas vivas desde una visión más compleja.