Las bacterias y otros organismos unicelulares desarrollaron formas sofisticadas de navegar activamente en su camino, a pesar de ser estructuras comparativamente simples. Para revelar estos mecanismos, los investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPI-DS) utilizaron gotas de aceite como modelo para micronadadores biológicos. Corinna Maass, líder de grupo en el MPI-DS y profesora asociada de la Universidad de Twente, junto con sus colegas, investigó las estrategias de navegación de los micronadadores en varios estudios: cómo navegan contra la corriente en canales estrechos, cómo afectan mutuamente su movimiento , y cómo comienzan a rotar colectivamente para moverse.
Para sobrevivir, los organismos biológicos tienen que reaccionar a su entorno. Mientras que los humanos o los animales poseen un sistema nervioso complejo para sentir su entorno y tomar decisiones conscientes, los organismos unicelulares desarrollaron diferentes estrategias. En biología, los organismos pequeños, como los parásitos y las bacterias, por ejemplo, navegan a través de canales estrechos como los vasos sanguíneos. A menudo lo hacen de manera regular y oscilante en función de las interacciones hidrodinámicas con la pared de confinamiento del canal. «En nuestros experimentos, pudimos confirmar el modelo teórico que describe la dinámica específica del micronadador en función de su tamaño y las interacciones con la pared del canal», comenta Corinna Maass, investigadora principal de los estudios. Estos patrones de movimiento regulares también podrían usarse para desarrollar mecanismos para la entrega de medicamentos dirigidos, incluso transportando carga contra la corriente, como también se indicó en un estudio anterior.
Un rastro de combustible usado
En otro estudio, los investigadores investigaron cómo los micronadadores en movimiento se afectan mutuamente. En su modelo experimental, pequeñas gotas de aceite en una solución jabonosa se mueven de forma autónoma al brotar pequeñas cantidades de aceite que generan propulsión. Al igual que un avión deja atrás las estelas, los micronadadores generan un rastro de combustible usado que puede repeler a otros. De esta forma, los micronadadores son capaces de detectar si otro nadador ha estado poco antes en el mismo lugar. «Curiosamente, esto provoca un movimiento de auto-evasión para los micronadadores individuales, mientras que un conjunto de ellos da como resultado que las gotas queden enjauladas entre los senderos de los demás», informa Babak Vajdi Hokmabad, primer autor del estudio. El rechazo de la segunda gota en la trayectoria de una anterior que pasa depende de su ángulo de aproximación y el tiempo transcurrido después del primer nadador. Estos hallazgos experimentales también confirman el trabajo teórico en el campo, realizado previamente por Ramin Golestanian, director gerente de MPI-DS. La investigación se realizó en el ámbito del Max Planck Center for Complex Fluid Dynamic, un centro de investigación conjunto compuesto por el MPI-DS, el MPI for Polymer Research y la Universidad de Twente.
Movimiento colectivo a través de la cooperación
Finalmente, el grupo también investigó el comportamiento hidrodinámico colectivo de múltiples micronadadores. Descubrieron que múltiples gotas pueden formar grupos que espontáneamente comienzan a flotar como aerodeslizadores o se elevan y giran como helicópteros microscópicos. La rotación del grupo se basa en el acoplamiento cooperativo entre las gotas individuales, lo que conduce a un comportamiento coordinado, aunque las gotas individuales por sí solas no comprenden dicho movimiento. Estos arreglos representan, por lo tanto, otro principio físico de cómo los micronadadores pueden navegar por su camino, sin usar el cerebro o los músculos.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización. Nota: El contenido se puede editar por estilo y longitud.
