Durante siglos, la biología se ha centrado en los genes como principales arquitectos de la vida. Pero un creciente conjunto de investigaciones revela que la física (específicamente las fuerzas mecánicas) desempeña un papel mucho más crucial en la configuración de los organismos de lo que se pensaba anteriormente. Desde el desarrollo de los embriones hasta el espaciamiento de las plumas, los procesos físicos no sólo están influidos por los genes, sino que impulsan activamente el crecimiento y la forma.
Más allá del modelo genético
La visión tradicional de la biología enfatiza las señales químicas desencadenadas por instrucciones genéticas. Sin embargo, esta imagen a menudo se ha sentido incompleta. Las técnicas modernas de imágenes y medición permiten ahora a los científicos observar las fuerzas mecánicas en juego, revelando cómo los tejidos se empujan, tiran y se reorganizan en respuesta a sus propiedades materiales. Este cambio de perspectiva está reviviendo el interés por los modelos biológicos pregenéticos, haciéndose eco de ideas propuestas por primera vez hace más de un siglo.
En 1917, D’Arcy Thompson publicó Sobre el crecimiento y la forma, destacando las sorprendentes similitudes entre las formas de los organismos vivos y las que emergen en la materia no viva. Thompson argumentó que la física también nos moldea, una tesis que está experimentando un resurgimiento en popularidad. La pregunta ahora no es si la física importa, sino cómo interactúa con las instrucciones genéticas para esculpir organismos.
El efecto Marangoni y el desarrollo embrionario
Un ejemplo sorprendente de esta interacción proviene de investigaciones recientes sobre el desarrollo embrionario. Un equipo de biofísicos en Francia descubrió que el efecto Marangoni (el mismo fenómeno que hace que se formen “lágrimas de vino” en el costado de una copa) es responsable del momento crucial en el que una masa de células se alarga y desarrolla un eje de cabeza y cola.
El efecto Marangoni se produce cuando se encuentran dos líquidos con diferentes tensiones superficiales. El líquido con mayor tensión tira del otro, creando un flujo. En el caso de las células embrionarias, los genes crean una diferencia en la tensión superficial, lo que hace que las células fluyan y alarguen el organismo en desarrollo. Este proceso mecánico no reemplaza las instrucciones genéticas, sino que es una consecuencia directa de ellas.
Más allá de los embriones: formación de plumas y estiramiento celular
La influencia de las fuerzas mecánicas se extiende más allá del desarrollo embrionario. Los investigadores que estudian la formación de las plumas de las aves descubrieron que el espaciamiento regular de las plumas no está dictado únicamente por señales genéticas. En cambio, los genes preparan el escenario para que las fuerzas mecánicas modelen el desarrollo del folículo. Las señales moleculares influyen en las propiedades materiales del tejido, permitiendo que las fuerzas físicas tomen el control.
De manera similar, los estudios sobre embriones de moscas de la fruta han demostrado que las células no se reorganizan simplemente; ellos se estiran. Este estiramiento es directamente atribuible a la actividad genética que hace que las células sean elásticas. La relación entre fuerza y extensión sigue la ley de Hooke: el principio de que los materiales se estiran en proporción a la fuerza aplicada. El momento del estiramiento depende de la raíz cuadrada de la fuerza aplicada, un comportamiento vinculado a la producción de la proteína actina. El bloqueo de la producción de actina elimina la respuesta elástica, confirmando su papel en el proceso.
La interacción de escalas
El desafío clave ahora es comprender cómo operan estas fuerzas en diferentes escalas, desde genes hasta células y tejidos. No se trata de una simple progresión lineal en la que las instrucciones moleculares dictan propiedades de alto nivel. En cambio, los procesos surgen juntos, y las fuerzas mecánicas desempeñan un papel fundamental en múltiples niveles.
El trabajo desafía la visión tradicional de que la regulación surge únicamente del nivel molecular. En el desarrollo de las plumas, por ejemplo, los cambios a nivel molecular y tisular ocurren simultáneamente. Esto sugiere que la biología no se trata sólo de lo que los genes le dicen a las células que hagan, sino de las limitaciones y fuerzas físicas que dan forma a su comportamiento.
Como dice el físico Alexandre Kabla, “donde hay movimiento, es probable que intervenga la mecánica”. El creciente reconocimiento de este principio está remodelando nuestra comprensión de la vida misma.
