Descubrimiento inesperado: un avance matemático conecta el desarrollo de pollos, ranas y peces

¿Cómo se desarrolla la vida? Más específicamente, ¿cómo se organizan las células humanas para formar la piel, los músculos, los huesos, un cerebro, un dedo o una columna vertebral? Aunque las respuestas siguen siendo parcialmente desconocidas, un camino prometedor de investigación se encuentra en el estudio de la gastrulación, la segunda fase del desarrollo embrionario después de la segmentación. En esta etapa crucial, las células embrionarias evolucionan de una estructura unidimensional a una estructura multidimensional con un eje corporal principal. En los humanos, este proceso ocurre aproximadamente 14 días después de la concepción.


Como es imposible estudiar embriones humanos en esta fase, investigadores de la Universidad de California en San Diego, de la Universidad de Dundee en Reino Unido y de la Universidad de Harvard se han concentrado en los embriones de pollo, que comparten muchas similitudes con los embriones humanos en esta etapa. Mattia Serra, profesor adjunto de física en la UC San Diego e interesado en los patrones que emergen en sistemas biofísicos complejos, lideró esta investigación.

El equipo de Serra desarrolló un modelo matemático basado en datos proporcionados por biólogos de la Universidad de Dundee. Por primera vez, este modelo logró reproducir los flujos de la gastrulación – el movimiento de decenas de miles de células a lo largo del embrión de pollo – observados al microscopio. Luego, se "perturbó" el modelo, es decir, se modificaron las condiciones iniciales o los parámetros existentes.

Los resultados fueron sorprendentes: el modelo generó flujos celulares que no se observaban naturalmente en el pollo, pero que estaban presentes en otras dos especies de vertebrados: la rana y el pez. Para asegurarse de que estos resultados no fueran una mera fantasía matemática, los colaboradores en biología replicaron las perturbaciones exactas del modelo en el laboratorio con el embrión de pollo. De manera notable, estos embriones de pollo manipulados también mostraron flujos de gastrulación naturalmente observados en los peces y las ranas.


Publicados en Science Advances, estos estudios sugieren que algunos principios físicos de autoorganización multicelular podrían haber evolucionado de manera similar a través de las especies de vertebrados. Según Serra, aunque peces, ranas y pollos viven en entornos distintos, los principios de autoorganización al inicio de la gastrulación podrían ser comunes a estas tres especies.

Esta investigación podría tener implicancias significativas en el diseño de biomateriales y en la medicina regenerativa, con la esperanza de mejorar la salud y la longevidad humanas. Serra y sus colaboradores ahora estudian otros mecanismos que conducen a patrones de autoorganización a escala del embrión.