El movimiento de un organismo acuático unicelular podría inspirar nuevos robots reptadores

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Imagen microscópica del cultivo y movimiento de la Euglena en ambientes abarrotados

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Imagen microscópica del cultivo y movimiento de la Euglena en ambientes espaciosos

Un equipo de investigadores liderado por el profesor e investigador Marino Arroyo, de la UPC y el IBEC, entre otros científicos, ha descubierto la capacidad que tiene de reptar rápidamente en espacios estrechos la Euglena, un organismo unicelular que habita al agua y que realiza deformaciones coordinadas de gran amplitud en su cuerpo, en un movimiento conocido como 'metaboly'. Los resultados de la investigación, publicados en 'Nature Physics', inspiran nuevas aplicaciones en el ámbito de la robótica médica.

19/02/2019

El movimiento de la Euglena es un misterio que se remonta a hace más de tres siglos, cuando Anton van Leeuwenhoek, conocido como el padre de la microbiología, quedó sorprendido por el comportamiento de los organismos unicelulares que encontró en una gota de agua de un estanque.

Actualmente, entre los biólogos que estudian la Euglena existe el consenso de que el metaboly es un vestigio sin funciones heredado a través de la evolución de sus ancestros, que utilizaban la capacidad de deformar su cuerpo para comer otras células. Sin embargo, los investigadores del trabajo, Marino Arroyo, del grupo de investigación en Mathematical and Computational Modeling (LaCàN) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) y también investigador asociado al Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), junto con otros científicos de Italia, creían que este movimiento era demasiado intencionado como para ser un remanente del pasado. Por este motivo, iniciaron la investigación conjunta, cuyos resultados se publican ahora en la revista científica de referencia internacional Nature Physics, con el título Swimming Euglena respond to confinement with a behavioural change enabling effective crawling.

El estudio se inició con la hipótesis de que el metaboly podría ser útil para moverse en ambientes abarrotados o espacios estrechos, y colocaron células de la Euglena en tubos cada vez más pequeños para examinar su comportamiento. "Las células se desplazaron con una elegancia y efectividad sorprendentes, a una longitud de un cuerpo cada veinte segundos, mucho más rápido que las células reptadoras más veloces de animales", asegura Giovanni Noselli.

De este modo, y mediante la combinación de observaciones experimentales y modelos teóricos y computacionales, los autores del trabajo han demostrado que las deformaciones peristáticas del cuerpo del metaboly permiten que las células de la Euglena presionen tanto hacia las paredes de confinamiento del tubo como hacia el fluido que la rodea para avanzar, haciendo que sea un modo de desplazamiento particularmente versátil y adaptable.



Además, el estudio ha identificado diferentes tipos de metaboly en varias especies de la Euglena, hecho que puede tener un gran impacto en el campo de la biología. "Los biólogos, ahora, se pueden plantear cómo estos diferentes estilos de desplazamiento se ajustan a la historia evolutiva de la Euglena. Sabemos que son las células reptadoras más rápidas, pero aún no está claro cuando utilizan esta capacidad en su entorno natural", afirma Marino Arroyo.

Inspirando nuevas tecnologías
Los resultados de la investigación demuestran que las células de la Euglena operan siguiendo el principio de la 'inteligencia incorporada o mecánica', un nuevo paradigma según el cual un robot blando puede responder de manera fiable demandas cambiantes y complejas explotando su flexibilidad, en lugar de confiar en la percepción compleja y la computación. "Las Euglenas son células simples sin un sistema nervioso y, por tanto, la inteligencia que necesitan para reptar y adaptarse a diversas condiciones solo puede ser mecánica", explica Antonio DeSimone. Los autores del trabajo creen que, en el futuro, se podrían concebir robots inspirados en la Euglena para desplazarse en entornos complejos y confinados, tales como diferentes tipos de suelo, entre escombros o incluso dentro del cuerpo humano.

Esta investigación ha sido financiada por el Consejo Europeo de Investigación.