Cuando los filamentos activos se exponen a la iluminación local, se acumulan en estructuras estables a lo largo de los límites del área iluminada. Basándose en este hecho, investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPI-DS) han desarrollado un modelo que puede utilizarse para simular la autoorganización de seres vivos como hilos. Este modelo proporciona información importante para posibles aplicaciones tecnológicas en la formación de estructuras.
Las cianobacterias filamentosas se agregan en áreas con condiciones de luz favorables y utilizan la energía luminosa para la fotosíntesis. Generalmente, estos microorganismos forman largos filamentos formados por muchas células. Sin embargo, las estructuras en forma de hilos sólo pueden moverse hacia adelante o hacia atrás; al salir de la zona iluminada, invierten su movimiento y, por lo tanto, permanecen en la luz. Los científicos del MPI-DS investigaron la estructura organizativa resultante. Se descubrió que sólo unos pocos filamentos que interactúan se alinean a lo largo del borde interior de la superficie iluminada de las cianobacterias, lo que da como resultado estructuras estables.
Para ello, los investigadores prepararon e iluminaron diferentes cultivos de cianobacterias en placas de Petri. Utilizando diapositivas, crearon diferentes patrones de luz y posteriormente observaron la autoorganización de las bacterias. Con un patrón de luz circular, las bacterias tienden a congregarse en el borde del área iluminada. De manera similar, cuando el área iluminada era triangular, trapezoidal o de otra forma, aparecían patrones característicos de filamentos cerca del borde de la luz. “Lo notable es que las bacterias también se organizan con estructuras y curvas complejas, aunque sólo pueden moverse hacia adelante y hacia atrás”, afirma Stefan Karpitska, líder del grupo en el MPI-DS y profesor de la Universidad de Konstanz. “Este es un ejemplo simple de emergencia: una estructura general característica surge independientemente del comportamiento individual de un solo filamento en un nivel superior”, continuó.
Los conocimientos que los científicos obtienen de los experimentos y el modelo resultante también pueden aplicarse a seres vivos con morfologías comparables. “El modelo no incluye ningún detalle específico sobre la biología de la bacteria”, dijo Leila Abbaspour, primera autora conjunta del estudio junto con Maximilian Kurzan. “Por lo tanto, este efecto colectivo también se puede observar en sistemas similares y permite que, a pesar de la dinámica unidimensional, se formen filamentos activos según las señales sensoriales del entorno”, continúa Kurjahn.
Por lo tanto, los resultados de este estudio proporcionan información importante que puede utilizarse, por ejemplo, en el diseño de los llamados textiles o materiales inteligentes. Estas nuevas estructuras y tejidos se basan en una disposición de fibras individuales y filamentos activos. Estos procesos de autoensamblaje pueden permitir así el desarrollo de nuevos materiales innovadores.