La importancia del caos en la biología: la estocasticidad

Publicado el 28 de Mayo de 2019 | Biología y Geología

Cuando uno empieza a estudiar biología percibe un gran orden dentro de la abrumadora cantidad de células, moléculas y estructuras que la componen: desde las fibras musculares al intercambio de gases en los alveolos o las distintas capas del córtex cerebral, mires por donde mires se ve un orden y de allí la gran cantidad de metáforas del cuerpo humano que usan como analogías relojes, engranajes y demás elementos de precisión. Sin embargo, el caos también posee un papel importante en la biología celular.

Una de las formas más sencillas de ver un comportamiento estocástico (es decir, un modo de funcionar que incluye la aleatoriedad/caos en su mecanismo), es cuando dejamos de ver las células como poblaciones y pasamos a estudiarlas como individuos dentro de un conjunto. Veamos, por ejemplo, el caso de una única célula madre que se divide dando lugar a dos células hijas de igual volumen: en teoría ambas células hijas deberían ser exactamente iguales, clones, pero hay miles de millones de moléculas y estructuras diferentes que tiene que heredar cada una de ellas, con lo cual es extremadamente improbable que ambas hereden exactamente la misma cantidad de moléculas de cada tipo. Y esta variabilidad, especialmente si la cantidad de una molécula es muy limitada, puede llegar a ser relevante y crear una diferencia significativa.

El caso anterior ilustra un rasgo celular prácticamente omnipresente: incluso dentro de una maquinaria metabólica altamente regulada hay una cierta variabilidad/estocasticidad. Y de aquí se deriva la pregunta de si este caos puede llegar a dar cambios visibles, cambios en el fenotipo, en poblaciones de células que son genéticamente idénticas. Para analizar esta posibilidad se estudió directamente si había un cierto caos dentro de la expresión de un gen: mediante ingeniería genética se generó una línea celular, en este caso bacterias, que tenían un genoma sencillo dentro del cual se habían incluido dos genes que producen dos proteínas fluorescentes distintas: una de color rojo y otra de color verde. Y la producción de ambas proteínas estaba controlada por un gen concreto el cual, en teoría, controlaba de igual modo tanto el color rojo como verde. Sabiendo esto y que con la fluorescencia si se junta la luz roja y la verde da un color amarillo, ¿de qué color fueron las células hijas?

En un sistema sin caos esperaríamos que cada célula heredara la misma cantidad de rojo y verde, y como ambas proteínas durante toda la vida de la célula estarían producidas en iguales cantidades al estar reguladas por el mismo gen, pues todas serían amarillas; mientras que si tenemos en cuenta la variabilidad antes mencionada durante el nacimiento celular pues unas serán rojas, otras verdes y otras amarillas. Aquí lo interesante es que el resultado es inicialmente esta segunda opción, pero conforme pasa el tiempo los colores de las casi todas células van oscilando entre rojo, verde y amarillo; esto se debe a que no solo hay una cierta aleatoriedad en la división sino también en la propia expresión genética, lo cual nos demuestra que la estocasticidad no solamente está presente durante la formación de una célula sino que la acompaña durante toda su existencia, así que el caos también es una parte importante de nuestra vida.

Por Pablo Barrecheguren