Las células pierden contacto entre sí durante la fluidización y permanecen en contacto estrecho cuando se deteriora la fluidización. Nicoletta Petridou. IST Austria.
El pez cebra no solo está rodeado de líquido, sino que se convierte en líquido, en parte, durante su desarrollo. A medida que el embrión de pez cebra se desarrolla desde una bola de células hasta un pez completamente formado, una región del embrión cambia su fase de viscosa a líquida en un proceso denominado transición de fluidez.
Con la transición de fluidez se ha especulado durante mucho tiempo en la materia viva, pero se describe por primera vez en un organismo vivo en un estudio publicado en Nature Cell Biology y desarrollado por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología y del Instituto Francis Crick, ambos de Austria.
El pez cebra es particularmente adecuado para estudiar el desarrollo animal, ya que el embrión es transparente y se desarrolla fuera de la madre. Al comienzo del desarrollo del pez cebra, una capa de tejido, el llamado blastodermo, se extiende sobre la yema. El blastodermo cambia de forma para formar una cúpula, por lo que este proceso se conoce como "domo".
En el estudio, los investigadores estudiaron las fuerzas mecánicas que entran en juego durante este cambio de forma. Al aplicar presión al tejido embrionario a través de una pipeta y medir con qué rapidez se deforma, los investigadores pudieron determinar que el tejido que se deforma lentamente es más viscoso y menos fluido que el tejido que se deforma rápidamente.
Al repetir el experimento en diferentes etapas y regiones del embrión en desarrollo, los investigadores encontraron que durante la cúpula, el tejido se vuelve fluido repentinamente, en un momento y región del tejido muy específicos.
"Se había predicho que la transición de fluidez ocurriría en teoría y en los modelos, pero aquí demostramos por primera vez que ocurre en un organismo real y vivo", explica la autora principal, Nicoletta Petridou, en un comunicado.
Proceso natural
La investigación ha podido explicar por qué y cómo se hace líquido el pez cebra. En el tejido viscoso "normal", las células están en contacto entre sí. Los autores descubrieron que la transición de fluidez ocurre porque las células se siguen dividiendo durante el desarrollo. Durante la división, las células se vuelven redondas y se desprenden de sus vecinos.
Cuanto más se dividen las células, más conexiones se pierden entre ellas, hasta que finalmente pierden tantos contactos que el tejido se vuelve líquido. "Este es un cambio mecánico y no bioquímico", explica Petridou. Y añade: "el embrión está programado para dividirse, no puede escapar".
Sin embargo, todas las células del embrión se dividen, y los investigadores observaron que solo una región muy específica del tejido, la región central del blastodermo, se volvió fluida. Luego buscaron un proceso que evitara que otras áreas del embrión se conviertan en líquido.
Y encontraron que el proceso de fluidización no se generaliza por un mecanismo natural llamado vía de señalización Wnt: son un grupo de vías de transducción de señales formadas por proteínas que transfieren las señales del exterior de una célula a través de la superficie receptora de dicha célula hasta su interior.
Los investigadores observarom que la vía de señalización Wnt no canónica detiene el cambio de fluidez en los márgenes del embrión, añade Petridou. “La señalización Wnt no canónica mantiene las células conectadas y permite que los márgenes embrionarios eviten la fluidización. Creemos que el valor predeterminado del tejido es volverse fluido, pero que la señalización evita que áreas específicas se conviertan en fluido".
Con la transición de fluidez se ha especulado durante mucho tiempo en la materia viva, pero se describe por primera vez en un organismo vivo en un estudio publicado en Nature Cell Biology y desarrollado por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología y del Instituto Francis Crick, ambos de Austria.
El pez cebra es particularmente adecuado para estudiar el desarrollo animal, ya que el embrión es transparente y se desarrolla fuera de la madre. Al comienzo del desarrollo del pez cebra, una capa de tejido, el llamado blastodermo, se extiende sobre la yema. El blastodermo cambia de forma para formar una cúpula, por lo que este proceso se conoce como "domo".
En el estudio, los investigadores estudiaron las fuerzas mecánicas que entran en juego durante este cambio de forma. Al aplicar presión al tejido embrionario a través de una pipeta y medir con qué rapidez se deforma, los investigadores pudieron determinar que el tejido que se deforma lentamente es más viscoso y menos fluido que el tejido que se deforma rápidamente.
Al repetir el experimento en diferentes etapas y regiones del embrión en desarrollo, los investigadores encontraron que durante la cúpula, el tejido se vuelve fluido repentinamente, en un momento y región del tejido muy específicos.
"Se había predicho que la transición de fluidez ocurriría en teoría y en los modelos, pero aquí demostramos por primera vez que ocurre en un organismo real y vivo", explica la autora principal, Nicoletta Petridou, en un comunicado.
Proceso natural
La investigación ha podido explicar por qué y cómo se hace líquido el pez cebra. En el tejido viscoso "normal", las células están en contacto entre sí. Los autores descubrieron que la transición de fluidez ocurre porque las células se siguen dividiendo durante el desarrollo. Durante la división, las células se vuelven redondas y se desprenden de sus vecinos.
Cuanto más se dividen las células, más conexiones se pierden entre ellas, hasta que finalmente pierden tantos contactos que el tejido se vuelve líquido. "Este es un cambio mecánico y no bioquímico", explica Petridou. Y añade: "el embrión está programado para dividirse, no puede escapar".
Sin embargo, todas las células del embrión se dividen, y los investigadores observaron que solo una región muy específica del tejido, la región central del blastodermo, se volvió fluida. Luego buscaron un proceso que evitara que otras áreas del embrión se conviertan en líquido.
Y encontraron que el proceso de fluidización no se generaliza por un mecanismo natural llamado vía de señalización Wnt: son un grupo de vías de transducción de señales formadas por proteínas que transfieren las señales del exterior de una célula a través de la superficie receptora de dicha célula hasta su interior.
Los investigadores observarom que la vía de señalización Wnt no canónica detiene el cambio de fluidez en los márgenes del embrión, añade Petridou. “La señalización Wnt no canónica mantiene las células conectadas y permite que los márgenes embrionarios eviten la fluidización. Creemos que el valor predeterminado del tejido es volverse fluido, pero que la señalización evita que áreas específicas se conviertan en fluido".
Cambio repentino
Cuando la transición de la fluidez sale mal, ya sea porque los investigadores detuvieron la señalización Wnt para que todas las áreas del blastodermo se volvieran fluidas, o porque inhibieron la fluidización en todo el blastodermo, la cúpula se deteriora y el embrión avanza más lentamente durante el desarrollo temprano.
"Nuestro estudio demuestra que los cambios regulados en las propiedades del material tisular desempeñan un papel importante y significativo en la morfogénesis", resume Petridou. También han descubierto los primeros signos de un concepto bien conocido de la física que ocurre en un organismo vivo.
La muy repentina transición de viscoso a fluido en el blastodermo se asemeja a un concepto bien conocido de la física, la transición de fase, que se usa para describir transiciones entre estados sólido, líquido y gaseoso de la materia.
“Las transiciones de fase, como cuando el agua hierve, ocurren de repente. Llamamos al fenómeno observado en el pez cebra "transición de fluidez" ya que no estamos seguros de que sea, de hecho, una transición de fase en el verdadero sentido de la física ", explica Petridou.
"Sin embargo, estamos trabajando más para definir si esto es un transición de fase. Las transiciones de fase pueden ocurrir en redes moleculares, pero aún no sabemos si pueden ocurrir en un tejido o en un embrión".
Metáfora, poesía y ciencia
El descubrimiento no sólo tiene consecuencias para la biología. La idea de un pez soluble fue evocada por primera vez, metafóricamente, por el poeta y ensayista del surrealismo André Breton (1896-1966) en su libro “Poisson Soluble” (1924), en el que, entre otras cosas, señala que “el hombre es soluble en su pensamiento”.
La metáfora del pez soluble ha sido evocada también para explicar la dualidad onda partícula en el mundo cuántico (“El cántico de la cuántica”, Gedisa, 1985): en una charca, existe un pez soluble que solo se vuelve real cuando el pescador lo engancha en el anzuelo.
La escritora Yaiza Martínez se ha basado en la misma metáfora para componer su novela “Las mujeres solubles ”, que constituye una incursión en el universo cuántico a través del relato poético. Recoge las paradojas fundamentales de la física y una descripción de sus efectos en el mundo imaginario de Ummel.
Y ahora resulta que el pez soluble existe realmente en el mundo físico: se llama pez cebra y pasa un tiempo de su vida embrionaria en estado líquido.
Cuando la transición de la fluidez sale mal, ya sea porque los investigadores detuvieron la señalización Wnt para que todas las áreas del blastodermo se volvieran fluidas, o porque inhibieron la fluidización en todo el blastodermo, la cúpula se deteriora y el embrión avanza más lentamente durante el desarrollo temprano.
"Nuestro estudio demuestra que los cambios regulados en las propiedades del material tisular desempeñan un papel importante y significativo en la morfogénesis", resume Petridou. También han descubierto los primeros signos de un concepto bien conocido de la física que ocurre en un organismo vivo.
La muy repentina transición de viscoso a fluido en el blastodermo se asemeja a un concepto bien conocido de la física, la transición de fase, que se usa para describir transiciones entre estados sólido, líquido y gaseoso de la materia.
“Las transiciones de fase, como cuando el agua hierve, ocurren de repente. Llamamos al fenómeno observado en el pez cebra "transición de fluidez" ya que no estamos seguros de que sea, de hecho, una transición de fase en el verdadero sentido de la física ", explica Petridou.
"Sin embargo, estamos trabajando más para definir si esto es un transición de fase. Las transiciones de fase pueden ocurrir en redes moleculares, pero aún no sabemos si pueden ocurrir en un tejido o en un embrión".
Metáfora, poesía y ciencia
El descubrimiento no sólo tiene consecuencias para la biología. La idea de un pez soluble fue evocada por primera vez, metafóricamente, por el poeta y ensayista del surrealismo André Breton (1896-1966) en su libro “Poisson Soluble” (1924), en el que, entre otras cosas, señala que “el hombre es soluble en su pensamiento”.
La metáfora del pez soluble ha sido evocada también para explicar la dualidad onda partícula en el mundo cuántico (“El cántico de la cuántica”, Gedisa, 1985): en una charca, existe un pez soluble que solo se vuelve real cuando el pescador lo engancha en el anzuelo.
La escritora Yaiza Martínez se ha basado en la misma metáfora para componer su novela “Las mujeres solubles ”, que constituye una incursión en el universo cuántico a través del relato poético. Recoge las paradojas fundamentales de la física y una descripción de sus efectos en el mundo imaginario de Ummel.
Y ahora resulta que el pez soluble existe realmente en el mundo físico: se llama pez cebra y pasa un tiempo de su vida embrionaria en estado líquido.
Referencia
Fluidization-mediated tissue spreading by mitotic cell rounding and non-canonical Wnt signaling. Nicoletta I. Petridou et al. Nature Cell Biology (2018). DOI:https://doi.org/10.1038/s41556-018-0247-4
Fluidization-mediated tissue spreading by mitotic cell rounding and non-canonical Wnt signaling. Nicoletta I. Petridou et al. Nature Cell Biology (2018). DOI:https://doi.org/10.1038/s41556-018-0247-4