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domingo, 8 de diciembre de 2019

Una simple decisión

Comportamiento de Stentor roeseli cuando se le incordia. Más detalles en el texto. Origen de la imagen: Phys.org
Cuando estudiaba la carrera de Biología decíamos que había dos tipos de biólogos: los de bata y los de bota. Ahora hay un tercer tipo: los de data. Y la historia que traigo trata sobre cómo un biólogo de data se tuvo que poner la bata para resolver un problema de un biólogo de bota.

En el año 1906 el zoólogo norteamericano Herbert Spencer Jennings realizó un experimento con el protozoo Stentor roeseli para ver cómo reaccionaba frente a un estímulo molesto. S. roeseli es un protozoo sésil, con forma de trompeta. En la parte estrecha tiene un pedúnculo de fijación, mientras que la parte ancha es la citoboca rodeada de cilios. Dichos cilios crean una corriente y así va atrapando bacterias u otros protozoos de los que se alimenta. El experimento de Jennings consistió en "incordiar" al pobre protozoo añadiendo partículas de carmín al agua con una micropipeta y observar lo que ocurría. Las partículas de carmín eran indigeribles, así que lo que hacía el protozoo era simplemente doblarse para alejarse de ellas. Si se continuaba añadiendo partículas lo que hacía S. roeseli era cambiar el sentido de rotación de los cilios de la citoboca para "escupir" las partículas y evitar ingerirlas. Pero si el estímulo molesto continuaba, entonces a S. roeseli se le "acababa la paciencia": primero se contraía y posteriormente se despegaba del sustrato al que estaba fijado y se iba nadando a otro sitio (ver la imagen superior).

Stentor roeseli. Fuente de la imagen: Wikipedia


El experimento de Jennigns mostraba que un organismo unicelular era capaz de realizar una escalada o jerarquía de comportamientos. Algo totalmente inesperado ya que se pensaba que eso solo podía ser realizado por organismos pluricelulares. Evidentemente, se trató de reproducir sus observaciones, pero no con mucho éxito. En 1967, se publicó un artículo que concluyó que todo debía de haber sido un artefacto, ya que lo que se observaba era que el protozoo se iba nadando en cuanto se añadía el estímulo molesto. No había una jerarquía de comportamientos.

La observación de Jennings habría quedado como una curiosidad para los historiadores de la Biología si no llega a ser por Jeremy Gunawardena, un biólogo de sistemas de la Harvard Medical School. Gunawardena oyó hablar de los experimentos de Jennings en un seminario del biólogo inglés Dennis Bray sobre el comportamiento de los protozoos. Se mostró sorprendido y fascinado por el hecho de que un ser unicelular tuviera ese nivel de autonomía. Así que se puso a revisar los trabajos de Jennings y de todos aquellos que habían intentado reproducirlo. Y se encontró con una sorpresa. El estudio de 1967 que refutaba a Jennings había sido realizado con el protozoo Stentor coeruleus. ¡Una especie distinta! No solo eso, S. coeruleus es una especie que prefiere nadar a permanecer fija en un sustrato, justo lo contrario a S. roeseli

Gunawardena se dispuso a intentar reproducir los experimentos de Jennings pero usando la especie correcta. Y aquí tuvo una pequeña dificultad. Su formación era matemática y su trabajo era sobre el procesamiento de datos moleculares dentro de un laboratorio de la facultad de Medicina. Así que cuando expuso su idea en los seminarios de grupo nadie se interesó en asuntos sobre "historia antigua y biología descriptiva". Afortunadamente, Sudhakaran Prabakaran, un postdoc colega suyo y el estudiante Joseph Dexter se interesaron con la idea y cuando terminaban su trabajo en los ordenadores, se ponían las batas para ver protozoos al microscopio. Diez años después han publicado sus resultados y han encontrado cosas muy interesantes.

Todos los comportamientos observados por Jennings para S. roeseli eran reproducibles, pero había gran variabilidad. Algunas células realizaban las cuatro fases: doblarse, "escupir", contraerse y soltarse. Pero otras simplemente se contraían y se soltaban. Y aquí es donde los tres volvieron a ser biólogos de datos. Al analizar los resultados de 57 experimentos encontraron que la mayor parte de las veces S. roeseli se doblaba o "escupía". Después se contraía y entonces debía decidir si permanecía fija o se soltaba y nadaba. Una vez se contraía, había un 50% de probabilidades de que S. roeseli permaneciera fija o se fuera nadando. El protozoo estaba "lanzando una moneda al aire". Según Gunawardena esta impredicibilidad es una ventaja que permite a estos protozoos distinguir entre lo que hay que evitar o lo que hay que comer.

Jerarquía de comportamientos de S. roeseli. A la izquierda se presenta en estado de reposo. Puede observarse a la derecha de cada fotografía la boca de la pipeta por donde se añade el agente irritante. El estado de "doblar y escupir" no se observa en todas las ocasiones. En el estado de "contracción" la célula debe de tomar la decisión de si continua en el sitio o se despega y nada. La flecha negra indica que esa decisión es irreversible. Figura realizada a partir del vídeo suplementario del artículo de J.P. Dexter, S. Prabakaran y J. Gunawardena.


Este sería uno de los sistemas biológicos más simples con capacidad de "tomar una decisión" (No es el sistema más simple porque creo que ese honor le corresponde al fago lambda y su decisión entre lisis y lisogenia) Según los autores este resultado puede tener diversas consecuencias en otros campos de la biología celular ya que muestra que las células no solo cumplen un "programa" genético, sino que también tienen una cierta autonomía y pueden tomar decisiones después de procesar la información de su entorno. Y además también muestra que a veces se pueden hacer grandes avances haciendo observaciones al viejo estilo, pero analizándolas con las técnicas modernas.

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