Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Mucílago inteligente – memoria sin tener sistema nervioso
Los mixomicetos, también llamados mohos mucilaginosos, son fascinantes. Fueron originalmente clasificados como hongos (de ahí el nombre de moho mucilaginoso) pero fue más tarde agrupado en el reino de los Protistas. Un protista es un organismo eucariota (las células contienen un núcleo) que no es animal, planta ni hongo. Los mixomicetos son únicos: se encuentran a caballo entre el reino vegetal, animal y fungi y nos revela la historia evolutiva de los eucariotas.
El moho mucilaginoso llamado Physarum polycephalum (“el moho de muchas cabezas” o también conocido como “Blob”) ha sido muy estudiado en el laboratorio. El cuerpo es una gran célula formada por “tubos” que forman una intrincada red que puede ir de unos pocos centímetros… ¡hasta varios metros! Se pueden hallar en hábitats húmedos y en la sombra como, por ejemplo, en el suelo de los bosques o en la corteza (muerta) de los árboles. Pero P. polycephalum capta el interés por algo más. Parece que son capaces de memorizar información (pasado) sobre la disponibilidad de comida, una característica generalmente vinculada a organismos con sistema nervioso (cognición). Además, pueden encontrar el camino más corto en un laberinto cambiando constantemente la posición de sus “brazos” y reorganizando la red de tubos. ¡Recientemente se ha lanzado al espacio para investigar cómo la microgravedad afecta en su comportamiento!
Normalmente las especies sin sistema nervioso pueden codificar alguna forma de memoria con estrategias alternativas incluyendo epigenética, memoria celular durante la quimiotaxis y relojes circadianos ajustables (¿pueden las bacterias decir qué hora es? Lee este artículo). Estas acciones toman, al menos, media hora o incluso todo el día, para llevarse a cabo, sólo permitiendo ‘decisiones lentas’. Sin embargo, P. polycephalum parece que toma decisiones entre 10 y 20 minutos para resolver problemas complejos aludiendo a una estrategia alternativa desconocida.
En un estudio reciente, Mirna Kramar y Karen Alim estudiaron como este moho mucilaginoso lo consigue. Específicamente, investigaron cómo la localización de una fuente nutricional es codificada dentro de la morfología de la red. Introdujeron una fuente nutricional cerca del mucílago y observaron que los tubos más cercanos a la comida se ensancharon y que los tubos más lejanos de la comida parecía que encogieran. El resultado es que el mixomiceto se reorganiza él mismo en favor a la comida y que fue capaz de migrar hacia la fuente nutricional. Pero ¿cuál es el mecanismo subyacente de este comportamiento?
Los investigadores encontraron que la velocidad de la dilatación del tubo era igual a la velocidad del flujo de las partículas dentro de la red de tubos: 15 micrómetros por segundo, el cual es 5,4 centímetros por hora (en comparación, la velocidad media de un caracol es de 4800 cm/h). Los investigadores hipotetizaron que debía haber una señal química que usa la red como autopista. Y en efecto, encontraron que tan pronto el mucílago entró contacto con la fuente de comida, se liberó un agente químico soluble dentro del citoplasma (dentro de los tubos mucilaginosos), que reblandece las paredes de los tubos y desencadena el ensanchamiento de los tubos. Este efecto se distribuye por toda la red tan pronto el agente químico es transportado por la red gracias al flujo del citoplasma.
Como la dilatación del tubo es permanente (la dilatación duró por lo menos hasta el final del experimento), las fuentes de alimentos anteriores están “codificadas” en la red por áreas que tienen tubos más grandes. A más cerca de la fuente de comida, más grandes son los tubos (más agentes químicos disponibles). El volumen total del mixomiceto no cambia así que, si hay partes de la red que se expanden, habrá otras que encogerán, hecho que también observaron en sus experimentos. Cuando se introduce la fuente de comida alejada de la gran red de tubos, este mixomiceto se reorienta a sí mismo dilatando los tubos más cercanos a los nuevos nutrientes y encogiendo el antiguo sistema de tubos. Entonces, la antigua ‘memoria’ de la fuente de comida previa se encuentra ahora reescrita por la nueva fuente de comida.
Creado en Biorender.
Los investigadores construyeron un modelo matemático para estimular la detección y respuesta del mixomiceto a una potencial fuente de comida y compararlo con los datos experimentales. ¡Las predicciones se asemejaban mucho a lo que vieron en los experimentos!
Los resultados de la investigación no sólo proporcionaron el conocimiento sobre la capacidad de resolución de problemas de P. polycephalum si no que también ayudó en el progreso de la producción de ‘material inteligente’ o ‘robot blando’. Por ejemplo, estos robots pueden adaptar su morfología a entornos no estructurados y/o llevar o tocar objetos frágiles porque poseen componentes flexibles. Esto les hace útiles para aplicaciones en rescate o interacción humana así como el cuidado a gente mayor o en prótesis. Al utilizar los modelos y la teoría basados en los mecanismos relativamente simples de P. polycephalum, se podrían dar nuevas propiedades a estos materiales como la capacidad de interactuar y responder a las señales ambientales.
traducido por: Celia
Link to the original post: Mirna Kramar, Karen Alim (2021), Encoding memory in tube diameter hierarchy of living flow network, Proceedings of the National Academy of Sciences, 118 (10) e2007815118; DOI: 10.1073/pnas.2007815118
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