Científicos encuentran una fórmula matemática para predecir la evolución de los seres vivos

Un equipo multidisciplinar de investigadores acaba de hacer un descubrimiento que arroja luz sobre unos de los mayores misterios de la biología: cómo nacen y evolucionan los seres vivos. Los científicos han creado un modelo matemático que puede predecir el comportamiento de las miles de células que intervienen en el desarrollo de un embrión.

Una de las claves para entender cómo se desarrollan y evolucionan los seres vertebrados está en un proceso llamado gastrulación. La gastrulación es una de las etapas del desarrollo temprano de los embriones (que en humanos dura 14 días) en la que pasan de tener una sola capa celular a convertirse en una estructura multidimensional que dará lugar a todos los órganos y tejidos del cuerpo.

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Ahora, un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Science por un equipo de investigadores de las universidades de California-San Diego y Harvard, en EEUU, y la Universidad de Dundee, en el Reino Unido, ha encontrado algo insólito en el proceso de gastrulación. No solo han creado un modelo matemático que predice con precisión cómo se van a desarrollar las células en un embrión, sino que también han descubierto uno de los mecanismos que provocan la evolución en animales vertebrados.

Un descubrimiento sorprendente

Debido a las limitaciones legales que existen sobre el uso de embriones humanos para la investigación, el equipo ha usado embriones de pollo para realizar sus experimentos. Este tipo de embriones, además de tener muchas similitudes con los nuestros y ser muy fáciles de cultivar, permiten obtener imágenes claras de todo el proceso de desarrollo.

Los investigadores construyeron un modelo matemático y lo aplicaron a los embriones de pollo con un resultado sorprendente. El modelo generó unos flujos celulares que no coincidían con los que se espera de los pollos, pero que sí se encuentran en otras dos especies de vertebrados: la rana y el pez.

Tras estos resultados tan inesperados, el equipo le pidió a sus colaboradores que replicaran en sus laboratorios las perturbaciones exactas del modelo que aplicó en el embrión de pollo. Una vez más, los embriones de pollo manipulados mostraron de nuevo flujos de gastrulación similares a los que se observan de forma natural en peces y ranas.

Clave en la evolución

Los investigadores aseguran que estos resultados sugieren que los mismos principios físicos que afectan a la manera en la que se organizan las células pueden haber evolucionado de manera similar en todas las especies de vertebrados.

"Peces, ranas y polluelos viven en entornos diferentes, por lo que, con el tiempo, la presión evolutiva puede haber cambiado los parámetros y las condiciones iniciales del desarrollo embrionario", asegura Mattia Serra, Profesor Adjunto de Física de la UC San Diego. "Pero algunos de los principios básicos de autoorganización, al menos en esta fase inicial de la gastrulación, pueden ser los mismos en las tres".

Los investigadores ya están trabajando para entender cómo funcionan otros mecanismos que dan lugar a patrones de autoorganización a escala embrionaria. El equipo asegura que esta investigación puede servir para diseñar nuevos biomateriales y abrir la puerta a nuevos tratamientos que reviertan el envejecimiento.

"El cuerpo humano es el sistema dinámico más complejo que existe", afirma Serra. "Hay tantas cuestiones biológicas, físicas y matemáticas interesantes sobre nuestro cuerpo que es hermoso contemplarlas. Los descubrimientos que podemos hacer no tienen fin".