NeoFronteras

¿Qué tienen en común un disco duro de PC, un banco de peces y una bandada de aves? Todos ellos tienen propiedades emergentes, presentan propiedades colectivas que surgen de la interacción elemental entre sus componentes. Los peces de un banco no saben dónde se encuentran los restantes miembros de su comunidad y, sin embargo, el conjunto se mueve al unísono. Al parecer cada individuo sólo puede ver a sus vecinos próximos y usando unas reglas muy simples de comportamiento, que les dictan cómo se han de mover en función del movimiento de sus vecinos, del conjunto emergen nuevas propiedades que los individuos individuales no tienen. A las aves les pasa lo mismo, y en el extremo inorgánico los momentos magnéticos de los átomos de hierro de un material magnético se alinean teniendo en cuenta la interacción con los próximos vecinos.
Se han modelizado todos estos comportamientos en programas computacionales y con gran éxito desde hace años.
Ahora Bálint Szabó y sus colaboradores de la Universidad de Eötvös (Budapest) han estudiado el comportamiento de células vivas libres provenientes de carpas doradas, viendo que también presentan un comportamiento gregario que exhibe propiedades emergentes. Además han podido modelizar este comportamiento con éxito usando reglas muy sencillas dependientes sólo de la posición. Sus estudios se publicarán en Physical Review E. próximamente.
Las células, en este caso queratocitos, se mueven al unísono como si fueran los peces de un banco, pero es difícil de explicarlo porque las células no tienen ojos para saber dónde se encuentran sus otras compañeras. Ya se había observado este tipo de comportamiento en bacterias y otros seres unicelulares, pero no se sabía explicar.
Estos investigadores han desarrollado una nueva teoría para explicar este comportamiento que no está basada en la capacidad de cada individuo de estimar la velocidad promedio. Además afirman que esta teoría se puede aplicar también a otros casos con seres más complejos como manadas, bancos y bandadas.

Movimiento de queratocitos a diferentes densidades (arriba) y su modelizado (abajo).

Estudiaron el movimiento de queratocitos porque la migración de estas células es suficientemente rápida y no se ven afectadas por la presencia de sustancias químicas en el ambiente. Las células fueron confinadas en una pequeña incubadora y su comportamiento fue filmado con un vidiomicroscopio.
Cuando sólo unos pocos queratocitos estaban presentes, entonces éstos se movían aleatoriamente en todas direcciones. Sin embargo, según la población crecía empezaron a moverse colectivamente cuando la densidad de los mismos alcanzó las 0,0005 células por micra cuadrada. Por encima de la densidad crítica se movían en grupos coherentes. Si la densidad crecía más las colisiones entre ellos les hacía moverse en remolino.

Movimiento de queratocitos en remolino (derecha) y su modelizado (izquierda).

Los investigadores explican esta transición de fase mediante un modelo simple de interacción entre los queratocitos basado en una fuerza actuando de manera diferente a tres distancias diferentes: a distancias cortas la fuerza es repulsiva y hace que los queratocidos se separen, a distancias intermedias (un diámetro celular) la fuerza es atractiva y hace que se muevan juntos, y a grandes distancias (mayores que el diámetro celular) la fuerza es cero.
Simulando este modelo tan simple en un programa de ordenador se observa un movimiento colectivo justo a la densidad crítica como era de esperar. En este modelo, a diferencia de otros modelos previos, no se considera el movimiento de los individuos vecinos, y de ahí su originalidad.
Estos investigadores esperan que este tipo de modelo ayude a explicar una amplia gama de fenómenos biológicos, que incluirían la disposición de las células en el embrión o como las heridas se curan mediante el movimiento coherente de células endoteliales.
En un extremo de lo que pueden ser las propiedades emergentes de los sistemas dinámicos, y en lo probablemente sea el mejor ejemplo en el que cantidad y calidad están relacionadas a través de propiedades emergentes, no tenemos más remedio que reparar en el cerebro humano. Las neuronas son unidades simples que, siguiendo ciertas reglas, producen junto a todas sus compañeras (100.000 millones con miles de conexiones sinápticas cada una) propiedades emergentes como la inteligencia humana, nuestros sentimientos, y cosas como las suites de Juan Sebastián Bach.

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