Descubren el mecanismo molecular que propicia los comportamientos colectivos

Científicos de la Universidad de Princeton han desvelado un mecanismo celular que podría desvelar el misterio de los comportamientos colectivos de las especies, que hace que éstas vuelen en grupo, en el caso de los pájaros; se acumulen en bancos, en el caso de los peces o formen enjambres, en el caso de las abejas, entre otros ejemplos.

Durante mucho tiempo, los especialistas se han preguntado qué procesos se dan en células y moléculas para que se produzca esta sorprendente coordinación entre animales, insectos y organismos de todas las clases.

Una investigación dirigida por Thomas Gregor, profesor de física de la Universidad de Princeton, ha revelado ahora que este comportamiento colectivo tiene su origen en un nivel celular: en células individuales que, al entrar en contacto con un agente químico externo, se activan provocando una reacción celular en cadena o un comportamiento en grupo.

Reacción individual y sincronizada

Según publica la Universidad de Princeton en un comunicado, la demostración de este fenómeno ha sido realizada con las células de un tipo de ameba.

En estas células individuales se provocó una actividad que dio lugar posteriormente al movimiento coordinado con otras células, utilizando un nucleótido (una molécula orgánica) conocido como adenosina monofosfato cíclico (AMPc) para provocar una modificación de los parámetros del entorno celular.

Dicha modificación dio lugar a reacciones concretas en las células individuales, que a su vez produjeron una reacción en otras células y una sincronización de los grupos de células.

El AMPc se encuentra por todas partes en la naturaleza y funciona en las rutas de transducción de la señal en las células como respuesta a un estímulo externo o interno, regulando ciertas actividades celulares, como la producción de proteínas.

Dada la ubicuidad del AMPc, los científicos de Princeton creen que los resultados obtenidos tendrían implicaciones para el comportamiento colectivo de las células de otras especies, y no sólo de las amebas.

Sería el caso, por ejemplo, de los procesos que hacen que los glóbulos blancos de la sangre humana se concentren en los nódulos linfáticos o que las células desarrollen órganos distintos.

Señal que provoca el movimiento colectivo

En un artículo publicado por la revista Science, los investigadores explican que midieron las concentraciones del AMPc y registraron sus efectos por vez primera de manera simultánea, en células vivas individuales y grupos de células de una especie de ameba social conocida como Dictyostelium discoideum.

Según los científicos, cuando la cantidad de AMPc situado alrededor de una célula individual alcanzó cierto nivel crítico, dicha célula comenzó a palpitar rítmicamente, liberando más sustancias químicas a su entorno, lo que a su vez propició que otras células también palpitaran.

Este efecto se extendió a toda la población celular. En última instancia, las células se formaron en sincronía unas con otras y se movieron juntas, en masa.

Gregor señala que ésta es la primera vez que se ha podido demostrar este mecanismo a nivel de las células individuales y de los grupos celulares simultáneamente, lo que supone un importante avance.

Saber si existe una señal que provoca el movimiento colectivo, es como saber qué señales están provocando que las células den lugar a unidades especializadas, como un corazón o un hígado. Asimismo, estos resultados permitirán comprender mejor qué lleva a un grupo de células a desarrollar comportamientos específicos.

De las células a los organismos

Los científicos estudiaron el comportamiento de las células de las amebas Dictyostelium utilizando un sensor óptico, con el que detectaron los niveles de AMPc presentes en cada una de las células individuales de las amebas (el sensor cambia de color en función de las concentraciones: azul para las altas y amarillo para las bajas). Este sensor fue combinado con el uso de potentes microscopios.

Con ambas herramientas, simultáneamente también se pudo rastrear las concentraciones de AMPc en las poblaciones celulares.

El sistema permitió a los científicos, por tanto, ver por vez primera, a tiempo real, el inicio de los comportamientos colectivos que propiciaron la formación de grupos celulares y relacionar estos comportamientos directamente con el nivel molecular de los mecanismos de señalización celular.

Hasta ahora, muchos estudios, se habían centrado bien en el comportamiento de las células individuales bien en las propiedades globales de las poblaciones celulares, en lugar de estudiar las interacciones entre células y grupos. Según Gregor, lo que se debe identificar ahora son las interacciones colectivas y sus mecanismos de señalización a un nivel sistémico.

Por un lado, los científicos necesitan comprender cómo las propiedades cooperativas de los grupos difieren de las características de las células individuales. Por otra parte, también se necesita saber cómo las acciones dentro de una sola célula generan un comportamiento comunitario.

Todo este conocimiento servirá para entender qué sucede a nivel molecular y celular para que, posteriormente, se produzca la coordinación a otro nivel: el de los grupos de animales, insectos y organismos.