El primer ejemplo de origami celular
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“Hay algunas cosas en la vida que ves y ya no podrás dejar de hacerlo”, dijo Manu Prakash, profesor asociado de Bioingeniería out of the box en la Universidad de Stanford, al recordar un vídeo de su última fascinación: el organismo unicelular Lacrymaria olor, un protista de vida libre con el que se topó al jugar con su microscopio de papel1. La experiencia “es… simplemente hipnótica”.
“Desde el momento en que Manu me lo mostró, esta célula me paralizó”, dijo Eliott Flaum, estudiante de posgrado en el Laboratorio Prakash “impulsado por la curiosidad”. Prakash y Flaum pasaron los últimos siete años estudiando cada movimiento de Lacrymaria olor y recientemente publicaron en Science un artículo sobre su trabajo.
“La primera vez que volví con una micrografía de fluorescencia, fue simplemente impresionante”, dijo Flaum. “Esa imagen está en el artículo” de la revista científica. La llaman hermosa e hipnótica, y sí, L. olor, cual celebridad que es, está en la portada de Science.
El vídeo que Prakash divulgó revela por qué este organismo es mucho más que una bonita imagen para una portada de revista: una única célula en forma de lágrima nada en una gota de agua de estanque. En un instante, un “cuello” largo y delgado sobresale del extremo inferior bulboso. Y sigue adelante. Avanza. Luego, con la misma rapidez, el cuello se retrae hacia atrás, como si nada hubiera pasado.
En segundos, de una célula que tenía sólo 40 micrones de cabo a rabo surgió un cuello que se extendía 1500 micrones, o más, hacia el mundo. Es el equivalente a que un humano de 1,82 metros proyecte su cabeza a más de 60 metros. Todo desde una célula que carece de sistema nervioso.
“Es un comportamiento increíblemente complejo”, dice Prakash sonriente.
La forma es la función #
L. olor obtuvo la portada en una revista de renombre porque Prakash y Flaum descubrieron en ese comportamiento un nuevo mecanismo geométrico hasta ahora desconocido en Biología. Y son los primeros en explicar cómo una célula tan simple puede producir una morfodinámica tan increíble, un hermoso plegado y despliegue (también conocido como origami) a la escala de una sola célula, una y otra vez sin fallar.
Se trata de geometría. El comportamiento de L. olor está codificado en su estructura citoesquelética, al igual que el comportamiento humano está codificado en circuitos neuronales.
“Es el primer ejemplo de origami celular”, dijo Prakash. “Estamos pensando en llamarle lacrygami”.
Específicamente, es un subconjunto del origami tradicional conocido como ‘origami de pliegue curvo’. Todo se basa en una estructura de microtúbulos helicoidales delgados, costillas que se envuelven dentro de la membrana celular. Estas costillas de microtúbulos están encerradas en una delicada membrana diáfana, que define el patrón de pliegues de los picos en una serie de pliegues de montañas y valles.
Prakash y Flaum utilizaron microscopía de transmisión electrónica y otras técnicas de investigación de última generación para demostrar que en realidad hay 15 de estas cintas rígidas de microtúbulos helicoidales que envuelven la membrana celular de L. olor: un citoesqueleto. Estos túbulos se enrollan y desenrollan, lo que lleva a una larga proyección y retracción, anidando en sí mismos como los fuelles de un acordeón helicoidal comprimido. La telaraña de la membrana se esconde dentro de la célula en pliegues prolijos y bien definidos.
“Cuando se almacenan pliegues en el ángulo helicoidal de esta manera, se puede almacenar una cantidad infinita de material”, explicó Flaum. “La Biología ha descubierto esto”.
La geometría es el destino #
La elegancia está en la aritmética. Es matemáticamente imposible que esta estructura se despliegue de otra manera y, a la inversa, sólo puede retraerse de una manera. Lo que quizás resulte más sorprendente para Prakash es la robustez de la arquitectura. A lo largo de su vida, L. olor realizará esta proyección y retracción 50.000 veces sin fallas: “L. El olor está obligada por su geometría a plegarse y desplegarse de esta manera particular”.
La clave es un fenómeno matemático poco estudiado que ocurre en el punto preciso donde las costillas se tuercen y la membrana plegada comienza a desplegarse. Es una singularidad, un punto donde la estructura se pliega y se despliega al mismo tiempo. Es ambos y ninguno – singular.
Prakash toma un trozo de papel, lo dobla en forma de cono y luego tira de una esquina del papel para demostrar cómo esta singularidad (llamada cono d) viaja a través de la hoja en una línea ordenada. Y, al empujar hacia atrás en la esquina, la singularidad viaja exactamente por el mismo camino hasta su posición original.
“Cada vez se despliega y se pliega en esta singularidad, actuando como un controlador. Esta es la primera vez que se describe un controlador geométrico del comportamiento en una célula viva”, concluyó Prakash.
El artículo The first example of cellular origami
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