Hay libros que marcan tu infancia. Recuerdo de forma especial una novela de Mark Twain, mucho menos conocida que las célebres aventuras de Tom Sawyer y Huckleberry Finn. Se titulaba El detective distraído. Su protagonista era un abogado un tanto excéntrico que tenía entre sus aficiones coleccionar, en láminas de cristal, las impresiones digitales de sus conocidos. Esta práctica, que no se había generalizado por aquel tiempo en la investigación policial, le permite finalmente resolver un caso de intercambio de bebés y de homicidio.
Esta historia me llamó la atención sobre un hecho sorprendente. Nuestras huellas dactilares ya están presentes desde nuestro nacimiento, no cambian a lo largo de nuestra vida, y son diferentes a las de cualquier otro ser humano. Si observamos los dedos de nuestras manos veremos que las dos falanges más próximas a la palma están recorridas por crestas transversales u oblicuas. Pero en la falange mas distal estas crestas se curvan y forman complicados dibujos. Las crestas digitales mejoran el agarre de nuestros dedos e intervienen en la sensibilidad a diferentes texturas. Pero, ¿cómo se forman los dermatoglifos, las complejas figuras características y únicas de cada ser humano?
Esto ha sido un completo misterio hasta hace muy poco tiempo. Un grupo de investigación de la universidad de Edimburgo y el Instituto Roslin acaba de publicar en la revista Cell un artículo que propone que el desarrollo de los dermatoglifos se debe a un mecanismo de reacción-difusión. A nivel teórico, este mecanismo ya fue propuesto en 1952 por Alan Turing como una base química para explicar la morfogénesis, la formación de patrones regulares durante el desarrollo embrionario.
Un sistema de reacción-difusión explica la emergencia de patrones regulares en el espacio básicamente bajo la influencia de dos moléculas, un activador, que además se activa a sí mismo, y un inhibidor que difunde en el tejido más rápidamente que el activador (Figura 1). Los modelos matemáticos muestran que, en estas condiciones, el sistema evoluciona hacia la formación de patrones regulares de concentración de estas sustancias, que pueden adoptar la forma de bandas o manchas.
Durante mucho tiempo se propuso que sistemas de reacción-difusión estaban detrás de la formación de patrones bidimensionales complejos, tales como los colores de los peces tropicales o las manchas de los felinos. Estos estudios se basaban en comparaciones entre los patrones observados y los predichos por modelos matemáticos, pero no señalaban los mecanismos moleculares realmente implicados. Más recientemente se han propuesto casos de procesos de reacción-difusión con mayor evidencia empírica. Es el caso de la formación de los dedos o las bandas coloreadas del pez cebra. Un curioso ejemplo son las cuatro crestas transversales que tenemos en la parte anterior del paladar y que facilitan a nuestra lengua manipular el alimento. Los ratones tienen siete crestas y los cerdos y vacas alrededor de 20. Este número parece quedar determinado por un mecanismo de reacción-difusión.
Volviendo a las huellas dactilares, el grupo de investigación de la universidad de Edimburgo, mostró que su desarrollo guarda muchas semejanzas con el de los folículos pilosos. En ambos casos se produce una proliferación de células epidérmicas, aunque en el caso de los folículos de los pelos, esta proliferación atrae y recluta células de la dermis. La interacción de estos grupos de células da lugar al folículo en el que se desarrollan los pelos (Figura 2). El espaciado regular de los pelos en la piel también responde a un proceso en el que se solapan mecanismos de reacción-difusión y la propia capacidad de auto-organización de las células dérmicas, como mostró el mismo grupo de investigación hace algunos años. Por cierto, que este grupo reveló más recientemente otro mecanismo de reacción-difusión participante en el espaciado regular de las plumas de las aves.
Las crestas digitales se producen en un área de la piel en la que no se forman folículos pilosos. Las proliferaciones de células epidérmicas, por tanto, forman resaltes en la superficie de la piel sin reclutar células dérmicas. La formación de estas proliferaciones está regulada por dos moléculas señalizadoras, pertenecientes, respectivamente a las familias Wnt y BMP (Figura 2). Wnt actúa como activador de sí misma y de otras moléculas, como el propio BMP y el EDAR o receptor de la ectodisplasina, una proteína esencial para el correcto desarrollo de la piel y sus estructuras derivadas. Wnt también estimula la proliferación de la epidermis. Al mismo tiempo, BMP actúa como inhibidor de Wnt. El proceso comienza en tres áreas de la yema del dedo embrionario, el margen, la base y el centro (Figura 2). Desde ahí se forman ondas de proliferación que confluyen y se interfieren dando lugar a formas necesariamente aleatorias por lo impredecible del proceso. Esta es la razón por la que no puede haber dos huellas dactilares iguales.
Alan Turing contribuyó a descifrar el código Enigma y sus visionarias aportaciones hoy nos siguen permitiendo desentrañar misterios. Por cierto, si quieren jugar a crear patrones aleatorios basados en las ecuaciones matemáticas definidas por Turing, pueden acceder a VisualPDE, una web desarrollada en el Durham Centre for Academic Development. Podrán ver cómo cada vez que propongan diferentes orígenes para el proceso, se obtienen patrones diferentes. (Figura 3).
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Este artículo nos lo envía Ramón Muñoz-Chápuli (Granada, 1956) ha sido catedrático de Biología Animal en la Universidad de Málaga hasta su reciente jubilación. Ha publicado un centenar de artículos científicos sobre Biología del Desarrollo y Evolución Animal en revistas nacionales e internacionales, además de numerosos artículos divulgativos. Su docencia se ha centrado sobre todo en estos temas, aunque ha impartido también clases de Historia de la Biología y Filosofía de la Ciencia a nivel de posgrado. Ha sido Vicedecano de la Facultad de Ciencias y Director de la Escuela de Doctorado de la UMA. Es autor de varios relatos premiados en certámenes literarios y de dos novelas El sueño del Anticristo y Zugwang.
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