A simple vista, Spirostomum ambiguum no parece una máquina particularmente impresionante. Es un organismo acuático formado por una única célula, aunque una bastante grande: puede alcanzar varios milímetros de longitud y desplazarse utilizando miles de diminutos cilios.
Hasta que algo lo hace reaccionar.
En menos de cinco milisegundos, el organismo puede contraerse hasta quedarse en aproximadamente una cuarta parte de su longitud original. En términos relativos, alcanza velocidades cercanas a 100 longitudes corporales por segundo y consigue repetir el movimiento una y otra vez. Las fibras musculares humanas pueden acortarse en una proporción similar, pero necesitan aproximadamente diez veces más tiempo.
La gran pregunta era cómo una sola célula podía conseguirlo sin tener músculos. Un estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences acaba de identificar la maquinaria responsable: una especie de red microscópica activada por calcio que funciona como una malla capaz de cerrarse casi instantáneamente alrededor de toda la célula.
No tiene músculos. Tiene una red que funciona como una bolsa de malla
Los investigadores utilizaron microscopía electrónica, inmunofluorescencia y simulaciones para mirar debajo de la superficie de Spirostomum. Allí encontraron los mionemas, estructuras fibrosas que algunos organismos unicelulares utilizan para producir movimientos rápidos. En este caso están organizadas formando una geometría parecida a una red de pesca que recorre prácticamente todo el exterior de la célula.
La arquitectura importa. Si una parte del organismo se contrajera mucho más rápido que otra, semejante deformación podría dañar sus estructuras internas. La malla permite que todo el cuerpo cambie de forma de manera coordinada, mientras conserva aproximadamente su volumen.
El estudio identificó además dos proteínas fundamentales dentro de esa red: centrina y Sfi1. Los investigadores consiguieron localizarlas directamente en los mionemas y posteriormente recrearon parte del complejo proteico en el laboratorio. Y ahí apareció el mecanismo.
El calcio convierte una proteína rígida en algo parecido a “espaguetis mojados”
Cuando aumenta la concentración de iones de calcio, Sfi1 cambia sus propiedades. Mary Elting, biofísica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y una de las autoras del trabajo, utiliza una comparación particularmente gráfica: la proteína pasa de comportarse como una estructura rígida a agruparse como una bola de espaguetis mojados.
Al compactarse esas proteínas, la enorme malla también se encoge. Los modelos desarrollados por el equipo mostraron que esta contracción local, combinada con la particular geometría de la red y la conservación del volumen celular, era suficiente para reproducir el espectacular cambio de forma observado en el organismo real.
Eso ya sería extraño, pero hay una diferencia todavía más importante respecto a nuestros músculos. La contracción muscular de animales depende de proteínas como actina y miosina y utiliza ATP como fuente de energía química. La contracción ultrarrápida de Spirostomum, en cambio, no depende directamente de ese sistema: el calcio actúa como la señal que dispara la compactación de la maquinaria centrin-Sfi1.
El siguiente misterio es cómo consigue hacerlo una y otra vez
Aquí aparece la parte que los científicos todavía no entienden. Una reacción tan rápida impulsada por calcio podría parecer un mecanismo de un solo uso: se libera la señal, la estructura cambia y después habría que reconstruir todo el sistema. Spirostomum, sin embargo, puede contraerse repetidamente.
El equipo todavía no sabe con precisión qué provoca el aumento inicial de calcio ni cómo la célula consigue devolver el sistema a su estado anterior con suficiente rapidez para volver a utilizarlo. Resolverlo podría tener consecuencias fuera de la biología.
Los investigadores creen que esta arquitectura podría inspirar músculos artificiales y sistemas microscópicos capaces de producir movimientos extremadamente rápidos sin depender de la maquinaria muscular convencional. No significa que vayamos a fabricar músculos de Spirostomum mañana, pero sí proporciona un diseño natural que la ingeniería no había conseguido reproducir. Y todo sale de una sola célula.
Sin huesos, sin músculos y sin el mecanismo que utilizamos nosotros, Spirostomum ambiguum consigue deformar prácticamente todo su cuerpo en el tiempo que tarda una cámara convencional en capturar una fracción de un solo fotograma.
