Un equipo de investigación de TU Wien (Viena) ha simulado con éxito el proceso de los organismos unicelulares que se mueven en la dirección deseada a pesar de no tener cerebro ni sistema nervioso. Antes de los nuevos desarrollos, los investigadores no estaban seguros de cómo los pequeños organismos eran capaces de tal proceso.
El equipo calculó la interacción física entre un organismo modelo simple y su entorno, siendo este último un líquido con una composición química no uniforme que contiene fuentes de alimentos distribuidas de manera desigual.
La investigación fue publicada en la revista PNAS.
El organismo simulado
Los investigadores equiparon al organismo simulado con la capacidad de procesar datos sobre su alimentación y entorno. Al confiar en un algoritmo de aprendizaje automático, el procesamiento de la información podría modificarse y optimizarse en pasos evolutivos. Esto significó que los investigadores desarrollaron un organismo informático capaz de moverse y buscar alimentos de forma similar a los organismos de la vida real.
Andreas Zöttl dirigió el proyecto de investigación en el Instituto de Física Teórica de TU Wien.
“A primera vista, es sorprendente que un modelo tan simple pueda resolver una tarea tan difícil”, dice Zöttl. “Las bacterias pueden usar receptores para determinar en qué dirección, por ejemplo, aumenta la concentración de oxígeno o nutrientes, y esta información luego desencadena un movimiento en la dirección deseada. Esto se llama quimiotaxis”.
Mientras que los organismos multicelulares tienen una interconexión de células nerviosas, los organismos unicelulares no tienen células nerviosas. Debido a esto, solo pueden pasar por pasos de procesamiento simples dentro de la célula.
“Para poder explicar esto, se necesita un modelo físico realista del movimiento de estos organismos unicelulares”, dice Zöttl. “Hemos elegido el modelo más simple posible que permite físicamente el movimiento independiente en un fluido en primer lugar. Nuestro organismo unicelular consta de tres masas conectadas por músculos simplificados. Ahora surge la pregunta: ¿pueden estos músculos coordinarse de tal manera que todo el organismo se mueva en la dirección deseada? Y sobre todo: ¿este proceso se puede realizar de forma sencilla o requiere un control complicado?”.
Implementación del modelo informático
Benedikt Hartl fue quien implementó el modelo en la computadora.
“Incluso si el organismo unicelular no tiene una red de células nerviosas, los pasos lógicos que vinculan sus ‘impresiones sensoriales’ con su movimiento pueden describirse matemáticamente de manera similar a una red neuronal”, dice Hartl.
Los organismos unicelulares tienen conexiones lógicas entre diferentes elementos de la célula, y el movimiento tiene lugar cuando se activan señales químicas.
Maximilian Hübl completó varios de los cálculos en la investigación.
“Estos elementos y la forma en que se influyen entre sí se simularon en la computadora y se ajustaron con un algoritmo genético: generación tras generación, la estrategia de movimiento de los organismos unicelulares virtuales se modificó ligeramente”, informa Hübl.
Cuando los organismos unicelulares lograron dirigir su movimiento hacia las sustancias químicas deseadas, se les permitió “reproducirse”, mientras que los que no “se extinguieron”. Después de pasar por muchas generaciones, se produjo una especie de evolución y surgió una red de control. Esta red permitió que un organismo unicelular virtual convirtiera las percepciones químicas en movimientos dirigidos, y lo hace de manera simple y con circuitos básicos.
“No deberías pensar en él como un animal altamente desarrollado que conscientemente percibe algo y luego corre hacia él”, dice Zöttl. “Es más como un movimiento de tambaleo aleatorio. Pero uno que, en última instancia, conduce en la dirección correcta en promedio. Y eso es exactamente lo que observas con los organismos unicelulares en la naturaleza”.