La disposición aparentemente aleatoria de las células en los tejidos vegetales puede no ser caótica después de todo. Una nueva investigación de la Universidad de Cornell revela una lógica oculta detrás de esta diversidad celular, sugiriendo una fascinante interacción entre la aleatoriedad y el crecimiento que da forma a los intrincados diseños de hojas y flores.
Publicado en PLOS Biology, este estudio profundiza en cómo las células gigantes, dramáticamente más grandes que sus vecinas, contribuyen a los patrones de mosaico observados en las superficies de las hojas. Estas células “gigantes” surgen de un proceso llamado endoreduplicación, donde el ADN se replica repetidamente sin división celular. Anteriormente, los científicos no estaban seguros de si estas células gigantes aparecían al azar o seguían un patrón predecible.
Utilizando imágenes de alta resolución y sofisticados modelos informáticos, el equipo de investigación dirigido por Frances K. Clark y Adrienne Roeder descubrió que, si bien la formación inicial de células gigantes es aparentemente aleatoria, su agrupación final surge a medida que los tejidos crecen y se expanden. Piense en ello como esparcir semillas: al principio, parecen esparcidas al azar. Pero a medida que las plantas crecen y el espacio se vuelve limitado, los patrones comienzan a formarse naturalmente.
Este proceso de ordenamiento no está dictado por la comunicación directa entre las células, sino que surge de las fuerzas combinadas del crecimiento y el azar. A medida que nuevas células se dividen alrededor de estas células gigantes inicialmente aleatorias, la geometría del tejido cambia, transformando la aleatoriedad en un mosaico estructurado.
Los arquitectos genéticos del tamaño celular
El estudio identificó cuatro genes clave (ACR4, ATML1, DEK1 y LGO) que actúan como arquitectos del tamaño de las células en los tejidos vegetales. El aumento de la actividad de LGO dio lugar a más células gigantes, mientras que el aumento de ATML1 o LGO amplió su área general. En particular, estos genes producen diferentes resultados según el tejido específico en el que trabajan. Aparecieron células gigantes en ambas superficies de las hojas, pero solo en la parte inferior de los sépalos (estructuras parecidas a pétalos que rodean la flor).
Para validar aún más este modelo, los investigadores colaboraron con científicos del Instituto Max Planck para la Investigación en Mejoramiento Vegetal en Alemania. Juntos, crearon una simulación por computadora en la que el destino de cada célula se determinaba aleatoriamente mediante la fluctuación de los niveles de ATML1, imitando el sistema biológico sin ninguna comunicación directa de célula a célula. Los patrones resultantes generados dentro de este modelo reflejaron sorprendentemente los observados en tejidos vegetales reales.
Más allá de las plantas: implicaciones para el diseño y la biología
Los hallazgos trascienden el ámbito de las plantas y ofrecen una comprensión más amplia de cómo el orden puede surgir a partir de comienzos aparentemente aleatorios en varios sistemas biológicos. Este principio tiene implicaciones importantes para campos como la biología sintética, donde los investigadores pretenden diseñar estructuras complejas utilizando una coordinación mínima. Aprovechando los principios revelados en este estudio, los científicos podrían potencialmente diseñar tejidos vegetales o incluso sistemas biológicos completamente nuevos con mayor precisión y eficiencia.
“La aleatoriedad no es caos; es un elemento fundamental”, explica Adrienne Roeder. “Interactúa con la dinámica del crecimiento para crear patrones intrincados que son esenciales para la vida”. La elegante simplicidad de este principio subraya cuánto nos queda por aprender aún sobre los mecanismos ocultos que impulsan la organización de la vida misma.
