En cualquier estanque aparentemente tranquilo, las tranquilas aguas están llenas de pequeños habitantes de estanques llamados Euglena gracilis. Invisible a simple vista el organismo unicelular gira en espiral a través del agua, arrastrado a lo largo de un camino relativamente recto por un apéndice en forma de látigo en busca del nivel justo de luz.

Pero un nuevo artículo publicado el 24 de septiembre en Física de la naturaleza describe cómo, bajo algunas circunstancias, Euglena detiene su avance y comienza a trazar polígonos elaborados en sentido antihorario:triángulos, cuadrícula, pentágonos - en un esfuerzo matemáticamente definido para encontrar un entorno mejor.

El descubrimiento, dirigido por Ingmar Riedel-Kruse, profesor asistente de bioingeniería en la Universidad de Stanford, podría ayudar a los científicos a diseñar pequeños robots nadadores del futuro para que sean más eficientes y efectivos para maniobrar a través del torrente sanguíneo, por ejemplo, o navegar en ambientes acuáticos.

"Estamos tratando de comprender los sistemas biológicos de forma matemática, ", Dijo Riedel-Kruse." Los circuitos de retroalimentación aparentemente simples en células individuales pueden generar comportamientos bastante complejos para realizar varias tareas ".

Organismo bien estudiado

En el siglo XIX, los científicos se maravillaron una vez al encontrar a Euglena, una oblonga verdosa con una mancha ocular roja y larga, flagelo en forma de látigo para nadar, bajo un microscopio. Desde entonces, el organismo ha sido observado por innumerables generaciones de estudiantes de biología. Con tal historia de ser observado, Fue una sorpresa cuando el becario postdoctoral Alan Tsang notó por primera vez el comportamiento novedoso de Euglena en un modelo informático que había desarrollado para estudiar cómo se mueve en relación con la luz. En su modelo, cuando simuló un aumento de luz, el organismo comenzó a trazar polígonos.

Riedel-Kruse recordó haber sido escéptico cuando Tsang describió por primera vez lo que predijo su modelo.

"Era difícil de creer que sea verdad, ", Dijo Riedel-Kruse." Pensé que había algo mal con el código ". Pero cuando la pareja miró bajo el microscopio, aumentando los niveles de luz como en la simulación, estaban los polígonos.

Las formas son el resultado de cómo Euglena navega por el mundo. Debido a que el organismo normalmente rueda por el agua sobre su eje longitudinal, la mancha ocular gira para medir 360 grados de luz. En condiciones de luz constante, lo que es normal bajo un microscopio, serpentea en un camino relativamente recto.

Sin embargo, Tsang dijo:si la mancha detecta un aumento de la intensidad de la luz, la Euglena da un giro brusco.

"Entonces no ven la luz y vuelven a nadar en línea recta, ", Dijo Riedel-Kruse." Pero como siguen rodando, luego, después de un ciclo completo, vuelven a ver la luz fuerte, por lo que hacen otro giro lateral fuerte ".

Basta de líneas rectas seguidas de giros bruscos y nace un triángulo.

Tsang notó que en el transcurso de unos 30 segundos, Euglena se adaptó a la luz más fuerte y los giros se volvieron menos bruscos, creando polígonos en constante expansión:cuadrados, luego pentágonos - hasta, finalmente, la Euglena se dirigió en línea relativamente recta.

En cuanto a por qué nadie había visto esto antes, Riedel-Kruse dijo que las personas rara vez alteran los niveles de luz mientras observan a Euglena bajo un microscopio. Pero dado que Tsang estaba tratando específicamente de modelar cómo se mueve el organismo en relación con la luz, hizo algo inusual y apareció el comportamiento.

Un comportamiento novedoso

Riedel-Kruse argumentó que el comportamiento tiene sentido para una Euglena nadando en un estanque bajo una cómoda fuente de sombra. Cuando de repente se encuentra con la luz del sol brillante, puede girar rápidamente para buscar un parche de sombra. Al girar lentamente hacia afuera si los primeros giros no funcionaron, la Euglena aumenta sus posibilidades de salir finalmente de la luz del sol.

El laboratorio de Riedel-Kruse estudia a Euglena en parte para comprender mejor cómo los microorganismos navegan por sus mundos acuáticos. Los investigadores también integran lo que aprenden sobre Euglena en configuraciones de biología interactiva para la educación. Euglena es un organismo inusual que puede hacer su propia comida y comer lo que encuentra en el agua. Está relacionado con las plantas, animales y hongos, todos conocidos como eucariotas, pero es un grupo separado con algunas características únicas.

"Debido a que es parte de un grupo ajeno a la mayoría de la vida eucariota, podrías aprender algo que sea general, y también puede descubrir cuán diversa puede ser la vida eucariota, ", Dijo Riedel-Kruse." Eso hace que Euglena sea realmente interesante para mí ".

Y lo que es más, Riedel-Kruse y Tsang dijeron que lo que aprenden, y los modelos matemáticos que desarrollaron, podrían ser útiles para la robótica a microescala.

"Hay un campo emergente en el que la gente está tratando de diseñar y programar robótica de enjambre microscópico para cosas como la microcirugía o la administración de medicamentos, ", Dijo Tsang." Definitivamente veo gente que busca mecanismos de control eficientes a microescala ".