Las historias de un ingenioso moho mucilaginoso
Hace dieciséis años, un organismo unicelular sin cerebro nos dejó boquiabiertos a los humanos. Y sigue fascinando y sorprendiendo a los investigadores hasta el día de hoy.
Los científicos sabían que algunos mohos mucilaginosos de la especie Physarum polycephalum consisten en una célula gigante y pulsante que cambia de forma constantemente mientras se mueve y se ramifica para acceder a alimentos y evitar cosas desagradables como la sal o la luz. Pero fue necesario un experimento realizado en 2010 por el biólogo japonés Toshiyuki Nakagaki, de la Universidad de Hokkaido, para revelar la profundidad de su sofisticación. Cuando Nakagaki colocó los copos de avena que le gustan al Physarum en un patrón que imitaba las ciudades que rodean Tokio, las ramificaciones del moho mucilaginoso reprodujeron casi exactamente las eficientes conexiones de transporte entre ellas que los humanos habían tardado años en desarrollar.
Para Karen Alim, una física teórica que en ese momento comenzaba un proyecto posdoctoral en la Universidad de Harvard, ese estudio fue una revelación. "Pensé: 'Vaya, esto es una locura'. Una sola célula que resuelve tareas complejas me atrajo mucho como física". Quizás, pensó Alim, podría aplicar su formación para dar sentido a esta inteligente criatura con su red de tubos contráctiles y corrientes que pulsan constantemente.
Así que Alim y sus colegas cultivaron Physarum en una sustancia gelatinosa llamada agar y observaron y registraron cuidadosamente su comportamiento bajo el microscopio. Midieron la fuerza y la dirección del flujo de fluido en su red de tubos. Luego simularon lo que habían visto en modelos matemáticos.
¿El resultado? A través de estudios como este, tal y como relata Alim en el Annual Review of Condensed Matter Physics, se ha convencido de que el flujo de fluidos puede ser una forma de transmitir información, y está trabajando para comprender los mecanismos subyacentes. Mientras tanto, otros investigadores continúan descubriendo nuevos e intrigantes comportamientos en el Physarum, una criatura que parece capaz de aprender, recordar y tomar decisiones —todo ello sin un cerebro—.
El flujo de la memoria
Aunque el Physarum es un organismo unicelular, el gran cuerpo que forma a menudo se puede ver fácilmente a simple vista, ya que crece hasta más de 30 centímetros de diámetro en condiciones favorables. Parece una masa central de la que emana una red de tubos similares a venas: tubos más grandes, y luego tubos más pequeños que se ramifican a partir de ellos. Dentro de esos tubos, el fluido citoplasmático fluye rítmicamente de un lado a otro, suministrando a todas las partes de la célula lo que necesitan. En la naturaleza, el moho mucilaginoso se encuentra en lugares húmedos y oscuros, como el suelo de los bosques y los troncos en descomposición.
Muchos de los estudios que revelan las inesperadas habilidades del Physarum giran en torno a su principal preocupación: encontrar alimento. Cada vez que el Physarum encuentra algo comestible, la pared exterior de los tubos cercanos al alimento se ablanda. Como resultado, debido a la presión del fluido en constante movimiento dentro de sus tubos, esa parte del cuerpo se extiende como un abanico. Este abanico se transforma lentamente en una red de tubos aún más pequeños. Bajo el microscopio, esto parece una red deltaica de limo amarillo que alimenta los tubos más grandes del cuerpo del Physarum.
¿Cómo ocurre esto? Alim, que ahora trabaja en la Universidad Técnica de Múnich, en Alemania, descubrió que el encuentro con el alimento provoca un aumento del flujo de líquido local dentro de los tubos. Esto ejerce una mayor fuerza de cizallamiento sobre las paredes de los tubos. Las paredes de esa zona se vuelven más delgadas, lo que permite que los tubos se expandan.
Lo contrario ocurre cuando el Physarum se encuentra con algo desagradable, como la sal o la luz, de lo que quiere alejarse. En respuesta a un repelente, las paredes de los tubos se endurecen y se contraen, lo que redirige el flujo de líquido a otra parte.
En resumen, los investigadores ahora entienden que donde el flujo es más fuerte, los tubos se expanden, y donde el flujo es más débil, se contraen. Esta interacción entre la contracción y la expansión en diferentes áreas del cuerpo es lo que reorganiza la forma de la red de tubos del Physarum, haciendo que se acerque a los alimentos y evite cosas como la sal.
Más recientemente, Alim y sus colegas descubrieron qué es lo que crea una red de tubos tan eficiente como las conexiones de transporte de Tokio. Esto está relacionado con algo crucial sobre el flujo de fluidos en el cuerpo del Physarum: las paredes de los tubos responden a los cambios en el flujo con cierto retraso. Primero, el flujo aumenta. Luego, un poco más tarde, el tubo se expande en respuesta, lo que provoca que el flujo disminuya. Esto hace que el tubo se contraiga, de nuevo con cierto retraso.
El resultado, según descubrió Alim, es que los tubos mejor posicionados crecerán cada vez más y recibirán más y más flujo, mientras que otros desaparecerán y, por lo tanto, con el tiempo se formará una red de conexiones supereficiente.
En otras palabras, añade Alim, se podría decir que la forma de la red (y la dinámica del flujo de fluidos subyacente) ayuda al Physarum a recordar. Dimensionar adecuadamente sus ramificaciones en función de las fuentes de alimento que ha encontrado recientemente es una forma sencilla pero eficaz de recordar dónde se puede encontrar el alimento.
Los trabajos recientes del laboratorio de Alim sugieren que no es solo la forma de la red lo que ayuda a Physarum a recordar, sino también cómo, cuándo y dónde contrae las paredes de sus ramificaciones. Por ejemplo, dice, colocar comida en un lugar determinado hace que el moho mucilaginoso responda con un patrón determinado de contracciones y se desplace hacia la comida. Entre un experimento y otro, el patrón de contracción disminuye, pero si se coloca comida en el mismo lugar, vuelve a aparecer, más rápidamente que antes. En un experimento, una ola persistente de contracciones hizo que un moho mucilaginoso siguiera arrastrándose en una dirección durante horas para alejarse de una fuente de luz, mucho después de que esta se hubiera apagado, lo que sugiere que aún la recordaba.
Sal y limo
El hallazgo recuerda a un estudio de Audrey Dussutour, una bióloga que trabaja con la misma especie, ahora en el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia. En 2019, Dussutour reportó algo interesante: tras varios intentos, Physarum tardó menos tiempo en cruzar una desagradable mancha salada dentro de su plato mientras se desplazaba hacia una fuente de alimento, lo que implica algún tipo de aprendizaje. El efecto se mantuvo incluso después de que el moho mucilaginoso pasara un tiempo en el estado de letargo que adopta en condiciones de estrés.
Dado que el moho mucilaginoso absorbió y retuvo algo de sal, es posible que esto redujera el impacto de volver a encontrarla y le permitiera moverse más rápido, afirma Dussutour. Así que, en un experimento reciente, aún sin publicar, utilizó la luz como repelente. El Physarum siguió reduciendo su tiempo de desplazamiento con exposiciones repetidas, a pesar de que la luz no se retiene de la misma manera que la sal. Dussutour sospecha que los patrones de contracción pueden persistir y almacenar información "de forma similar a como las ondas de actividad de nuestro cerebro pueden almacenar información", afirma.
Además de la información almacenada en la disposición y las contracciones de sus tubos, dice Dussutour, el Physarum tiene otra forma de "recordar": el rastro de baba que deja por dondequiera que va. "Evitar la baba es una forma conveniente de asegurarse de que está explorando nuevos sitios en lugar de volver sobre sus propios pasos", afirma.
Dussutour también pudo demostrar que los mohos mucilaginosos pueden aprender unos de otros: son sensibles a aspectos del comportamiento de los demás. "Se acercan a otros que tienen acceso a comida y evitan a los que están hambrientos o estresados", afirma. "Sorprendentemente, también prefieren acercarse a los individuos jóvenes".
Los mohos mucilaginosos más viejos se vuelven muy lentos y frágiles, añade. "Tenemos algunos en el laboratorio que ahora tienen cinco años y medio… Ya casi no nos atrevemos a utilizarlos. Pero, curiosamente, cuando pasan por un periodo de letargo o se fusionan con un individuo más joven, es como si volvieran a ser jóvenes".
Para comprender mejor los misteriosos comportamientos de los mohos mucilaginosos, sería muy útil averiguar qué es lo que hacen exactamente en la naturaleza, afirma la ecóloga conductual Tanya Latty, de la Universidad de Sídney. "Casi todo lo que sabemos sobre su comportamiento se basa en experimentos realizados en un laboratorio", afirma —experimentos que se centran en las formas grandes y multinucleadas de estas criaturas, y no en el estado ameboide microscópico y mononucleado en el que pasan la mayor parte de su vida—.
Por eso, el grupo de investigación de Latty ha estado recolectando mohos mucilaginosos silvestres para estudiarlos. "A menudo se encuentran en troncos en descomposición, pero también los hemos encontrado en la hojarasca justo delante de nuestro edificio. La gente también los ha encontrado en plantas domésticas. Están por todas partes", afirma.
Latty sospecha que la forma grande, con sus diversas formas de aprendizaje, permite al Physarum consumir mucha más comida para prepararse para producir las esporas que necesita para propagarse. El Physarum puede ser mucho menos inteligente en su forma microscópica, añade, si su sorprendente comportamiento depende realmente de su capacidad para ramificarse y contraer sus tubos. "Pero, ¿quién sabe? Cuando empezamos a estudiarlos, pensábamos que no eran capaces de nada".
Este artículo apareció originalmente en Knowable en español , una publicación sin ánimo de lucro dedicada a poner el conocimiento científico al alcance de todos. Suscríbase al boletín de Knowable en español.