Un equipo de investigación ha descrito el mecanismo físico detrás de los patrones geométricos que forman las cianobacterias, una de las formas de vida más antiguas y abundantes de la Tierra, y que ha jugado un papel fundamental en la evolución de nuestro planeta.

Las antiguas cianobacterias fueron la primera forma de vida en desarrollar la fotosíntesis y fueron las responsables de inyectar oxígeno a la atmósfera de la Tierra, sentando así las bases para el surgimiento de las complejas formas de vida que conocemos hoy. Las cianobacterias actuales siguen desempeñando un papel clave en el mantenimiento de la composición de la atmósfera y los océanos actuales.

Para sobrevivir muchas especies de cianobacterias crecen formando largas cadenas de células que cubren superficies y se entrelazan formando grandes redes de filamentos estrechamente agrupados durante horas o días. Sin embargo, hasta ahora, el origen de estos patrones reticulados había desconcertado a los científicos.

Utilizando técnicas avanzadas de microscopía, simulaciones y modelos teóricos, los investigadores han descubierto cómo las interacciones entre los filamentos de las cianobacterias hacen que se agrupen y construyan estructuras. Cuando las cianobacterias están presentes en una densidad suficientemente alta comienzan a organizarse en su patrón reticulado, y ello como resultado de unas pocas reglas simples.

Las cianobacterias como espaguetis activos

A medida que las bacterias se mueven, chocan entre sí. En la mayoría de los casos, los filamentos pasan uno por encima o por debajo del otro, evitando el choque. Pero ocasionalmente se mantienen en el mismo plano, girando para moverse en paralelo durante un tiempo, hasta que uno se separa. Estas interacciones conducen a la formación de haces de filamentos alineados que hacen que las colonias más densas se organicen formando redes extensas. Los investigadores se refieren a este comportamiento de los filamentos como «espaguetis activos».

Los investigadores han desarrollado un modelo que predice con éxito la densidad y escala típicas de los patrones emergentes, incluido el movimiento y las fluctuaciones en la forma de los filamentos. Estos resultados pueden emplearse como base para entender cómo los diferentes tipos de bacterias se autoorganizan para formar estructuras. Esto es especialmente importante porque podría mejorar nuestra comprensión de cómo se forman las biopelículas bacterianas (colecciones de bacterias que se han adherido a una superficie y entre sí), que tienen un papel central en diversos procesos, como las infecciones humanas, la degradación ambiental y la bioingeniería.

Referencia:

Mixon K. Faluweki, Jan Cammann, Marco G. Mazza, and Lucas Goehring (2023) Active Spaghetti: Collective Organization in Cyanobacteria Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.131.158303

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por Nottingham Trent University