Imagen: Similares formas, estructuras que consisten
en láminas apiladas conectadas por rampas helicoidales, se han encontrado en el
citoplasma, célula (izquierda) y las estrellas de neutrones (derecha) Crédito
UCSB
Cuando se compara
la imagen a escala microscópica de las células nerviosas en el interior del
cerebro con otra que representa a gran escala la distribución de la materia en
el Universo, no cabe sino el asombro. Las similitudes son tantas que parece
imposible que sean fruto de la casualidad.
Resulta que los seres humanos pueden
estar en sintonía con el Universo más de lo que creemos. Según un curioso
estudio publicado en la revista Physical Review C, dos cosas que parecen tan alejadas como las
estrellas de neutrones y el citoplasma de las células tienen una estructura muy
similar, una forma que se asemeja a los garajes de estacionamiento de varios
pisos.
En 2014, el físico Greg Huber y sus
colegas de la Universidad de California Santa Bárbara (UCSB) exploraron la
biofísica de tales formas - hélices que conectan láminas apiladas uniformemente
- en un orgánulo celular llamado el retículo endoplasmático (ER). Huber y sus
colegas las llamaron rampas de Terasaki en
honor de su descubridor, Mark Terasaki, biólogo celular de la Universidad de
Connecticut.
Huber creía que
estos «estacionamientos» eran exclusivos de la materia blanda (como el interior
de las células) hasta que se encontró con el trabajo del físico nuclear Charles
Horowitz de la Universidad de Indiana, y aquí llegó la sorpresa; usando
simulaciones por ordenador, Horowitz y su equipo habían encontrado las mismas
formas profundas en la corteza de las estrellas de neutrones.
«Llamé a Chuck y le pregunté si era consciente de que habíamos visto
estas estructuras en las células», dice Huber, director adjunto del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) en UCSB. «Fue
una novedad para él, así que se dio cuenta de que podría haber algún tipo de
interacción fructífera». La colaboración resultante exploró la relación
entre dos modelos muy diferentes de materia.
Pasta nuclear
Los físicos
nucleares tienen una terminología válida para toda clase de formas que ven en
sus simulaciones por ordenador del alto rendimiento de las estrellas de
neutrones: Pasta nuclear. Estas incluyen tubos (espaguetis) y hojas paralelas
(lasaña) conectadas por formas helicoidales que se asemejan a las rampas de
Terasaki. «Ven una variedad de formas que
vemos en la célula», explica Huber. «Vemos
una red tubular; vemos hojas paralelas. Vemos hojas conectadas entre sí a
través de los defectos topológicos que llamamos rampas de Terasaki».
Sin embargo, las
diferencias se pueden encontrar en la física subyacente. Típicamente, la
materia se caracteriza por su fase, que depende de variables termodinámicas:
densidad (o volumen), temperatura y presión, factores que difieren en gran
medida en el nivel nuclear y en un contexto intracelular.
Fuerza y escala
«Para las estrellas de neutrones, la fuerza nuclear
fuerte y la fuerza electromagnética crean lo que es fundamentalmente un
problema de mecánica cuántica», explica Huber. «En el interior de
las células, las fuerzas que mantienen unidas a las membranas son
fundamentalmente entrópicas y tienen que ver con la minimización de la energía
libre total del sistema. A primera vista, esto no podría ser más diferente»,
añade.
Otra diferencia es
la escala. En el caso nuclear, las estructuras se basan en nucleones como los
protones y los neutrones y los bloques de construcción se miden mediante
femtómetros (10 a la -15). Para las membranas intracelulares, la escala de
longitud es de 10 nanómetros (-9). La relación entre los dos es un factor de un
millón (10 a la -6). Sin embargo, estos dos regímenes muy diferentes hacen las
mismas formas.
«Esto significa que hay algo profundo que no
entendemos acerca de cómo modelar el sistema nuclear», dice Huber. La similitud de las estructuras
fascina a los físicos teóricos y nucleares por igual.
«Que fases similares de la materia surjan en los
sistemas biológicos fue muy sorprendente para mí», reconoce el físico nuclear Martin Savage, profesor
de la Universidad de Washington, «Es
evidente que hay algo interesante aquí».
Horowitz está de acuerdo: «Ver formas muy similares en tales sistemas
sorprendentemente diferentes sugiere que la energía de un sistema puede
depender de su forma de una manera sencilla y universal». Los
investigadores reconocen que estas similitudes son todavía bastante misteriosas
y que solo son el principio de una larga serie de observaciones.
Compilado de ABC Ciencia – 02.noviembre.2016