Las algas utilizan sus "colas" para galopar y trotar como cuadrúpedos

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movimiento de los flagelos en algas unicelulares

Especies unicelulares usan apéndices en forma de látigo llamadas flagelos para coordinar sus movimientos y lograr una notable diversidad de formas de natación

Mucho antes de que los peces nadasen en los océanos, diminutos microorganismos utilizaban largos y delgados apéndices llamados cilios y flagelos para navegar por sus acuosos hábitats. Ahora, una nueva investigación revela que las especies de algas unicelulares coordinan sus flagelos para lograr una notable diversidad de formas de natación.

Cuando se trata de animales de cuatro patas, como los gatos, caballos y ciervos, o incluso los seres humanos, el concepto de un modo de andar es familiar, pero ¿qué pasa con las algas verdes unicelulares con múltiples flagelos similares a extremidades? El último descubrimiento, publicado en la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias, muestra que, a pesar de su simplicidad, las microalgas pueden coordinar sus flagelos para saltar, trotar o galopar igual de bien sus andares.

Muchos andares son periódicos: ya sea el elegante paseo de un gato, el gracioso galope de un caballo, o el lúdico salto de una gacela, la clave está en el orden o secuencia en la que se activan las extremidades. Cuando las gacelas arquean el lomo y saltan, o 'pronk', lo hacen mediante el levantamiento en el aire de las cuatro patas al mismo tiempo, sin embargo, cuando los caballos trotan son las patas diagonalmente opuestas las que se mueven juntas en el tiempo.

En los vertebrados, los andares son controlados por generadores de patrones centrales, que pueden considerarse como redes de osciladores neuronales que coordinan la producción. En función de la interacción entre estos osciladores, se producen ritmos específicos lo que, matemáticamente hablando, presenta ciertas simetrías espacio-temporales. En otras palabras, el modo de andar no cambia cuando una pata se intercambia con otra - tal vez en un punto diferente en el tiempo - por ejemplo un cuarto de ciclo o medio ciclo más tarde.

trote y galope de algas con sus flagelosResulta que las mismas simetrías también caracterizan los andares de natación de las microalgas, que son demasiado simples para tener neuronas. Por ejemplo, las microalgas con cuatro flagelos en varias configuraciones posibles pueden trotar, saltar o galopar, dependiendo de la especie.

"Cuando miré a través del microscopio y vi que el alga estaba realizando dos series de golpes perfectamente sincronizados, uno inmediatamente después del otro, me sorprendió", dijo el primer autor del artículo, el Dr. Kirsty Wan del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica (DAMTP) en la Universidad de Cambridge. "Me di cuenta de inmediato que este comportamiento sólo puede ser debido a algo dentro de la célula en lugar de hidrodinámica pasiva. Entonces, por supuesto, para probar esto tenía que ampliar mi colección de especies".

Los investigadores determinaron que son, de hecho, las redes de fibras elásticas que conectan los flagelos profundamente dentro de la célula los que coordinan estos diversos andares. En el caso más simple de las Chlamydomonas, que se desplazan en una braza con dos flagelos, la ausencia de una fibra en particular entre los flagelos conduce a latidos descoordinados. Por otra parte, impidiendo deliberadamente el latido de un flagelo en un alga con cuatro flagelos tiene un efecto nulo sobre la secuencia de golpes en el resto.

Sin embargo, esto no significa que la hidrodinámica no juegue ningún papel. En trabajos recientes del mismo grupo, se demostró que en las inmediaciones los flagelos se pueden sincronizar únicamente por su interacción mutua a través del fluido (vídeo de arriba). Hay una distinción entre organismos unicelulares para los que es esencial una buena coordinación de unos pocos flagelos, y las especies multicelulares o tejidos que poseen una gama de cilios y flagelos. En este último caso, las interacciones hidrodinámicas son mucho más importantes.

"Los físicos de nuestro instinto buscamos generalizaciones y principios universales, pero el mundo de la biología a menudo nos presenta muchos contraejemplos fascinantes", dijo el profesor Ray Goldstein, profesor de Schlumberger de los sistemas físicos complejos en DAMTP, y autor principal del artículo. "Hasta ahora ha habido muchas teorías que compiten con respecto a la sincronización de los flagelos, pero creo que finalmente estamos comprendiendo cómo estos diferentes organismos hacen mejor uso de lo que tienen".

Los resultados también plantean preguntas intrigantes sobre la evolución del control de los apéndices periféricos, que deben haber surgido en la primera instancia de estos microorganismos primitivos.

Artículo científico: Coordinated beating of algal flagella is mediated by basal coupling

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