Los científicos han revelado por primera vez cómo las algas verdiazules, visibles como el resbaladizo «limo verde» en aguas estancadas, lechos de ríos y costas, se entrelazan formando grandes estructuras en forma de red.
Un equipo de la Universidad de Nottingham Trent y la Universidad de Loughborough ha revelado el mecanismo físico detrás de los patrones geométricos formados por las ‘cianobacterias’, una de las formas de vida más antiguas y abundantes de la Tierra, y que ha jugado un papel fundamental en la evolución de nuestro planeta .
Las antiguas cianobacterias fueron la primera forma de vida en desarrollar la fotosíntesis y son responsables de inyectar oxígeno al medio ambiente de la Tierra, sentando así las bases para el surgimiento de las complejas formas de vida que conocemos hoy.
Las cianobacterias y su papel actual
Las cianobacterias actuales siguen desempeñando un papel clave en el mantenimiento de la composición de la atmósfera y los océanos actuales. Para ayudarle a sobrevivir, muchas especies también crecen formando largas cadenas de células que se arrastran por las superficies y se entrelazan formando grandes redes de filamentos estrechamente agrupados durante horas o días.
Sin embargo, hasta ahora, el origen de estos patrones «reticulados» o en forma de red ha desconcertado a los científicos.
Utilizando técnicas avanzadas de microscopía, simulaciones y modelos teóricos, los investigadores han revelado cómo las interacciones entre los filamentos en forma de hilos hacen que se agrupen y construyan estructuras.
Descubrieron que cuando las cianobacterias están presentes en una densidad suficientemente alta, comienzan a organizarse en su patrón reticulado, como resultado de unas pocas reglas simples.
A medida que las bacterias se mueven, chocan entre sí. En la mayoría de los casos, los filamentos pasan uno por encima o por debajo del otro, pero ocasionalmente uno se desvía y gira para viajar junto al otro. Estos dos filamentos se suceden durante un tiempo, antes de que uno de ellos se separe.
Estas interacciones conducen a la formación de haces de filamentos alineados que organizan colonias más densas en redes extensas.
Los investigadores han desarrollado un modelo que predice con éxito la densidad y escala típicas de los patrones emergentes, incluidos el movimiento y las fluctuaciones de forma de los filamentos.
El equipo dice que los hallazgos allanan el camino para inspirar futuras investigaciones sobre cómo los diferentes tipos de bacterias se autoorganizan para formar estructuras.
Esto podría mejorar nuestra comprensión de cómo se forman las biopelículas bacterianas (colecciones de bacterias que se han adherido a una superficie y entre sí). Este conocimiento es fundamental dado su papel central en diversos procesos, como las infecciones humanas, la degradación ambiental y la bioingeniería.
El Dr. Marco Mazza, profesor asistente de Matemáticas Aplicadas en la Universidad de Loughborough, dijo: “Hemos demostrado que los patrones emergentes de las colonias de cianobacterias pueden entenderse como el resultado colectivo de células que se mueven de forma independiente con interacciones simples.
«Cuando se aplican cuidadosamente, las herramientas modernas de la mecánica estadística del desequilibrio pueden proporcionar predicciones poderosas incluso en sistemas vivos».
El Dr. Lucas Goehring, profesor de Física en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Nottingham Trent, dijo: “Las cianobacterias se encuentran entre los organismos más abundantes y antiguos de la Tierra y crearon la fotosíntesis. También son quizás el primer organismo en experimentar con la multicelularidad.
“Este microorganismo enormemente importante, pero sencillo, está involucrado en procesos de importancia global, como el equilibrio de oxígeno y nitrógeno. Sin embargo, a pesar de su importancia para el desarrollo de la vida compleja, hasta ahora no se ha identificado ningún mecanismo para explicar su comportamiento colectivo”.
La investigación, de la que los estudiantes de doctorado Mixon Faluweki y Jan Cammann son coautores principales, se publica en la revista Physical Review Letters .
