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Cómo obtienen los animales sus manchas y por qué son maravillosamente imperfectas. Crédito: Unsplash |
Las manchas del leopardo, las rayas del tigre o los patrones hipnóticos de los peces tropicales no solo son una maravilla visual: son el resultado de procesos biológicos que, hasta hace poco, los científicos apenas comenzaban a descifrar. Hoy, una nueva investigación aporta una explicación más precisa de cómo la naturaleza logra esas formas tan perfectas y, a la vez, tan llenas de pequeñas imperfecciones.
Un equipo de la Universidad de Colorado Boulder (UC Boulder) ha logrado conectar la biología con la física de manera inédita, llevando una elegante simulación matemática al terreno de la vida real. Su trabajo, publicado en la revista Matter, demuestra cómo las células pueden autoorganizarse para crear los patrones que vemos en la piel de muchos animales, con bordes definidos pero nunca completamente simétricos.
“Las imperfecciones están en todas partes en la naturaleza”, explica Ankur Gupta, líder del estudio y profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de CU Boulder. “Propusimos una idea simple para entender cómo las células se agrupan y generan estas variaciones naturales”.
En 2023, los investigadores presentaron un modelo teórico basado en el clásico trabajo de Alan Turing, quien en los años 50 propuso que las reacciones químicas que se difunden en un medio podían dar lugar a patrones. El equipo de Gupta amplió esta teoría introduciendo un proceso físico llamado difusioforesis, mediante el cual las partículas o células se desplazan impulsadas por gradientes de concentración. Este mecanismo permite formar bordes más definidos, algo que los modelos de Turing por sí solos no lograban explicar.
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Arriba: Un pez cofre macho ornamentado. Abajo: Patrones hexagonales y rayados simulados obtenidos mediante el ensamblaje difusioforético de dos tipos de células sobre los patrones químicos. Crédito: The Birch Aquarium/Scripps Institution of Oceanography; Siamak Mirfendereski y Ankur Gupta/CU Boulder. |
El modelo original fue un avance, pero también demasiado perfecto: las simulaciones producían patrones más regulares de lo que la naturaleza suele mostrar. En su nueva versión, los científicos ajustaron el modelo para que refleje con mayor fidelidad cómo funcionan los tejidos vivos, asignando tamaños específicos a las células y simulando su movimiento dentro del tejido. Así, comenzaron a emerger esas irregularidades que caracterizan a los patrones reales en la piel de los animales.
En esencia, los investigadores combinaron la física de la difusioforesis con las restricciones biológicas del mundo real. Las células pigmentarias —como los cromatóforos que vemos en cefalópodos— no son estáticas: se mueven, se dividen y responden constantemente a su entorno químico. Además, los organismos no son superficies planas; las curvaturas y pliegues del cuerpo alteran los gradientes químicos, deformando los patrones y dando lugar a formas únicas e irrepetibles.
“Podemos capturar esas imperfecciones simplemente al dar tamaño a las células”, señala Gupta. “Esa diferencia mínima es suficiente para generar la textura orgánica que vemos en la naturaleza”.
Las simulaciones más recientes ofrecen una nueva forma de comprender por qué los patrones naturales logran ser tan ordenados y al mismo tiempo tan asimétricos. Este avance no solo redefine la manera en que los científicos interpretan la formación de patrones biológicos, sino que también podría inspirar el diseño de materiales inteligentes y superficies que cambien de color según el entorno.
El equipo planea ahora incorporar interacciones celulares más complejas para perfeccionar el modelo y, en el futuro, aprovechar estas imperfecciones naturales para desarrollar tecnologías con propiedades dinámicas y adaptativas. “Nos inspira la belleza imperfecta de los sistemas vivos”, concluye Gupta. “Queremos usar esa imperfección como una herramienta funcional”.
Fuentes, créditos y referencias: