Nanotecnología natural: Darwin por todas partes

La ciencia por gusto - Martín Bonfil Olivera
Nanotecnología natural: Darwin por todas partes

22-febrero-06



El 12 de febrero se celebró en todo el mundo el Día de Darwin, recordando el cumpleaños de este biólogo nacido en 1809. Aunque en México la celebración todavía no cobra ímpetu, un ensayo premiado y publicado en la revista Science ese fin de semana da pie para celebrar la belleza de la biología.

En él, Ahmet Yildiz describe cómo determinó en forma precisa cómo se mueven algunos de los motores moleculares que se encuentran en las células vivas, como los que permiten el movimiento de los músculos.

Suena raro hablar de motores biológicos; parecería ser dominio de los nanotecnólogos. Pero a pesar de que estos expertos han logrado producir diminutos engranes, mecanismos y motores de un tamaño que se mide en nanómetros (millonésimas de milímetro), nunca han conseguido nada que se acerque a la perfección y complejidad de lo logrado por la evolución darwiniana a lo largo de millones de años de diseño azaroso, del que el mecanismo de selección natural escoge lo que funciona (precisamente porque funciona), mientras desecha irremediablemente lo demás.

Ya hemos hablado en este espacio de los fabulosos nanomotores rotatorios de las membranas de ciertas bacterias, que hacen girar los largos flagelos que usan como hélices para nadar. Los motores moleculares que hallamos en las células eucariontes (que, a diferencia de las bacterias, sí tienen núcleo) y que permiten el movimiento muscular son muy diferentes. Se trata de proteínas que caminan sobre rieles.

Imagine una locomotora de tamaño molecular. Sólo que esta locomotora (la proteína miosina) tiene ruedas por abajo y por arriba. Y corre sobre dos juegos de rieles. O más bien, cuando las ruedas de la locomotora comienzan a girar, son los rieles arriba y debajo de ella los que se desplazan en direcciones opuestas.

Visto desde fuera, las células musculares se acortan: el músculo se contrae. Los rieles, conocidos como microtúbulos, están formados por otra proteína, la actina. Son largas fibras dentro de las células que constituyen su esqueleto interno (o citoesqueleto).

Por supuesto, ésta es una descripción simplificada. En realidad los rieles de actina son muy distintos de los huesos, porque están construyéndose y destruyéndose constantemente según se necesite. Y las locomotoras de miosina no tienen realmente ruedas, sino piernas.

En efecto: cada molécula de miosina tiene varios pares de piernitas moleculares que van caminando sobre los rieles de actina. Hasta hace poco no se sabía si la miosina caminaba a pasos sobre la actina, adelantando una pierna a la otra, como caminamos los humanos, o si más bien se deslizaba como los gusanos medidores (o como lo haría una persona que tuviera una pierna lastimada y la fuera arrastrando a cada paso).

Lo que Yildiz descubrió, gracias a una técnica en que unía una nanométrica perlita fluorescente a una de las piernas y luego medía su movimiento, fue que la miosina efectivamente camina a pasos, no renguea.

Los motores moleculares darwinianos producto de la selección natural caminan como nosotros.

Pero estos fascinantes motores no sólo son darwinianos por haber evolucionado. También lo son por su funcionamiento, como explica George Oster en un ensayo aparecido en mayo de 2002 en la misma Science. Normalmente se supone que es el gasto de energía celular, en forma de la molécula llamada ATP, la que impulsa el avance de la miosina. En realidad, el avance se debe simplemente a la continua fluctuación que todas las moléculas presentan como consecuencia del llamado movimiento browniano (el ATP se gasta para despegar a la miosina luego dar el paso).

A nivel molecular, todo está siempre en movimiento. Las moléculas, como enjambres de abejas volando al azar, siempre se agitan. Es a esta agitación molecular a lo que llamamos calor. Y debido a ella, las piernas de la miosina se zarandean y a veces avanzan, por azar, hacia delante. Entonces entra en acción los mecanismos darwinianos: cuando se produce el movimiento adecuado, la pierna de miosina queda fijada, por un mecanismo molecular, al riel de actina. Esta especie de trinquete molecular (que permite el avance, pero impide el retroceso) convierte la azarosa agitación térmica en movimiento dirigido. La selección a partir del azar, incluso a nivel molecular, se manifiesta en todos los niveles de la vida. ¡Feliz cumpleaños, Darwin!

mbonfil@servidor.unam.mx