La naturaleza presenta un fascinante entramado de organización modular que se manifiesta desde la estructura de los árboles hasta la configuración de las ciudades y la organización del cerebro. Este fenómeno ha sido objeto de estudio por parte de la comunidad científica, que busca comprender cómo surgen estas estructuras. Un reciente estudio liderado por la profesora Ila Fiete del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) aporta una nueva perspectiva sobre este tema, sugiriendo que la modularidad puede emerger sin necesidad de un estricto plano genético.
Un modelo matemático revelador
La investigación publicada en la revista Nature propone un modelo matemático denominado «selección de picos», que explica cómo pueden formarse estos módulos a partir de interacciones locales competitivas combinadas con gradientes ambientales suaves. Este enfoque sugiere que los sistemas biológicos pueden organizarse en módulos definidos sin instrucciones detalladas que provengan de lo alto, lo que abre nuevas vías para entender la autoorganización en la naturaleza.
Fiete, quien dirige el Centro de Neurociencia Computacional Integrativa K. Lisa Yang, destaca que la modularidad en la naturaleza no se limita a un solo mecanismo. Por un lado, existen teorías que sugieren que ciertos genes son activados en ubicaciones específicas para dar forma a estructuras, como en el desarrollo de los segmentos corporales de los embriones de insectos. Por otro lado, el modelo de Turing propone que las estructuras pueden surgir a través de interacciones competitivas, generando patrones repetitivos.
El estudio de Fiete demuestra que la combinación de estos dos enfoques no solo es posible, sino que puede ser fundamental para la comprensión de cómo se estructuran los sistemas cerebrales y los ecosistemas en diversas escalas. La investigación se centró en las llamadas «células de cuadrícula», responsables de la navegación espacial y la memoria episódica, que se organizan en módulos que responden a distintas resoluciones, sin que se requieran instrucciones externas para su formación.
Además, el modelo propuesto tiene implicaciones más amplias, extendiéndose más allá de la neurociencia. En el ámbito de la ecología, por ejemplo, se observa que los ecosistemas suelen formar agrupaciones de especies con límites claros, a pesar de que las condiciones ambientales varían de manera gradual. Este hallazgo sugiere que la competencia y cooperación entre especies, junto con los gradientes ambientales, pueden resultar en separaciones naturales que, al igual que en el cerebro, dan forma a una estructura modular.
Uno de los aspectos más destacados de esta investigación es la robustez de la modularidad en los sistemas analizados. A medida que se modifica el tamaño del sistema, el número de módulos se mantiene constante, lo que sugiere que tanto el cerebro de un ratón como el de un ser humano pueden seguir las mismas reglas fundamentales para la formación de circuitos de navegación, adaptándose a diferentes escalas.
Este estudio no solo enriquece el campo de la biología, sino que también plantea nuevas direcciones para la investigación futura, subrayando la importancia de la selección de picos en la comprensión de la autoorganización en la naturaleza y abriendo un abanico de posibilidades para futuras exploraciones en biología del desarrollo.
