"Abuela, ¿Por qué tienes orejas tan grandes? "es una de las preguntas más conocidas en la literatura, planteada, por supuesto, por Caperucita Roja mientras observa vacilante al lobo vestido con la ropa de su abuela. Si Caperucita Roja hubiera sido un físico, bien podría haber preguntado:"Abuela, ¿Por qué tus dos orejas tienen exactamente la misma longitud? "

Los científicos han sido conscientes de este 'problema de longitud' durante mucho tiempo, pero se pasó por alto en gran medida durante la mayor parte del siglo XX. Robert B. Laughlin, quien ganó el Premio Nobel de Física en 1998, escribió un artículo interesante sobre el tema. En "Ondas críticas y el problema de la longitud de la biología, "Laughlin afirma que durante un largo período de tiempo no se logró ningún progreso significativo en la comprensión de cómo los organismos regulan su longitud. Propuso que los seres vivos pueden dimensionarse a sí mismos y que una vez que hayan adquirido esta información, pueden responder en consecuencia, por ejemplo, dejando de hacer crecer sus brazos o piernas una vez que estas extremidades han alcanzado su tamaño "deseado".

Los físicos de la Universidad de Saarland han recogido estas ideas y han desarrollado un modelo matemático que se puede utilizar para describir cómo los sistemas biológicos pueden medir su longitud. Estudiante graduado, Frederic Folz, quien abordó el problema en su tesis de maestría, ahora ha publicado los resultados en la revista altamente calificada Revisión física E en un artículo escrito en coautoría por Giovanna Morigi, Catedrático de Física Cuántica Teórica, Karsten Kruse, Catedrático de Física Biológica Teórica, y Lukas Wettmann, un doctorado estudiante en el grupo de Kruse.

Los científicos optaron por estudiar los axones como su sistema modelo. Los axones son componentes clave de las células nerviosas (neuronas). Los axones actúan como un enlace entre las células nerviosas y permiten que las señales eléctricas pasen de una neurona a otra. Como la longitud de un axón puede variar desde unos pocos micrómetros hasta varios metros, Los organismos obviamente deben tener algún medio para controlar cuánto tiempo deben crecer axones específicos. “Hemos logrado desarrollar un modelo de un mecanismo que explica cómo un organismo puede hacer precisamente eso. El modelo no solo explica cómo las neuronas pueden determinar su propia longitud, también se puede generalizar a otros sistemas biológicos, "explica Frederic Folz.

Las moléculas de señalización química que regulan el crecimiento en los sistemas biológicos se comportan de la siguiente manera:"Las moléculas se propagan a través del sistema como ondas químicas hasta que alcanzan el final del axón, "dice Folz. Si la frecuencia a la que esta 'onda molecular' regresa a su punto de origen es alta, la estructura biológica por la que ha pasado la onda es corta; si la frecuencia de dicho ciclo es baja, entonces el producto químico ha tardado más en regresar y la estructura es correspondientemente grande. Una molécula necesita menos tiempo para viajar unos pocos micrómetros dentro de una bacteria que para viajar desde la raíz hasta la copa de un roble. Los físicos han descrito este mecanismo utilizando un modelo matemático.

Los investigadores suponen que un sistema biológico, como un árbol, un humano o una célula, puede 'medir' la frecuencia de estos ciclos y, por lo tanto, puede determinar y, por lo tanto, controlar la duración de, decir, una hoja o una pierna.

Su trabajo podría ser de fundamental importancia para la investigación futura de una variedad de enfermedades. "Nuestro modelo también se puede utilizar en el sector de la electrónica para regular diferentes cantidades físicas, "dice Folz. El modelo también incorpora elementos que pueden describir la dinámica de Internet y, más generalmente, otras redes artificiales y bien podrían constituir la base para nuevos desarrollos y mejoras en estas áreas.