Las esponjas surgieron en el Big Bang de la biología, la explosión del Cámbrico. Sus núcleos aparecen en estratos precámbricos, que algunos consideran primitivos. Es una ilusión. Nuevos estudios sobre cómo construyen sus esqueletos con «espículas» de sílice han revelado principios de diseño lo suficientemente notables como para inspirar la biomimética.
Primero el chiste: así es como noticia de Biología actual concluye:
«Este trabajo no solo construye el esqueleto del animal, sino que también arroja nueva luz sobre él. Se pueden fomentar los estudios interdisciplinarios. En campos como la biología teórica, Bioingeniería, Robótica e Ingeniería ArquitectónicaUsando mecanismos Arquitectura de autoconstrucción Que Ajuste automático a su entorno.incluyendo ambientes distantes como las profundidades del mar o el espacio”, escriben los investigadores. [Emphasis added.]
¡Beneficio! ¿Qué están haciendo estos simples animales para provocar tal confusión? Mire el videoclip en el artículo Células de esponja en acción. Luego, mire el resumen gráfico dentro Papel de origen Vea los pasos dibujados en etapas bien ordenadas: (1) las espículas se producen en células especializadas y luego se transportan al sitio de construcción; (2) las espículas de sílice perforan el tejido epitelial; (3) Luego se elevan al nivel; (4) Las bases se cementan con colágeno proporcionado por las células epiteliales basales.
Este simple animal, en definitiva, sabe construir una casa con una arquitectura de postes y vigas que se ajusta automáticamente a su entorno.
es muy impresionante
Los esqueletos de esponja, con sus distintivas espículas, se han estudiado durante mucho tiempo, pero el método de construcción sigue siendo un misterio hasta ahora. Según los investigadores japoneses, lo nuevo es la identificación de «células de transporte» especiales que transportan las espículas a través del epitelio y finalmente las empujan, y las células de cemento que las unen en su lugar como polos. Este proceso revela la división del trabajo y el plan general.
Aquí informamos Un método de esqueletización recién descubierto: Órganos óseos mineralizados (espículas) de esponjas. En lugares alejados de donde fueron fabricados. Aunque se sabe que los esqueletos internos de las esponjas tienen espículas Grandes estructuras de postes y vigas Con diferentes morfologías, Th proceso de ensamblaje de espículas (es decir, cómo se elevan y escalonan las espículas basalmente) y ¿Qué tipos de células funcionan? Este proceso no fue explorado. Aquí vemos espículas maduras Se transportan dinámicamente desde el lugar de fabricación. luego perforar a través del epitelio exterior, y su Los extremos de la base están fijos o unidos al sustrato Con espículas tan persistentes. Las «células de tráfico» recién descubiertas median el movimiento de la espícula y el paso de «perforación»Y Las células epiteliales basales secretoras de colágeno reparan las espículas. Para el sustrato, las espículas sugieren que los procesos de construcción del esqueleto está mediado individualmente por células especializadas. División del trabajo y repetición de una serie de reacciones mecánicas por células productoras, transportadoras y cementeras El «transporte», la «perforación», la «elevación» y la «cementación» permiten que se forme el esqueleto de la espícula a través de la espícula. Estructura biológica autoorganizada, gran plasticidad en tamaño y forma. Necesidad de crecimiento inestable, y Crea una gran diversidad morfológica Esponjas individuales.
Arquitectos inspiradores
Este patrón de construcción del esqueleto difiere mucho del de los artrópodos y vertebrados. No parece seguir un conjunto de reglas o un patrón predeterminado, pero es particularmente útil para las esponjas que son «plásticas (es decir, dependen en gran medida de su microambiente) e indeterminadas con una gran variación morfológica entre individuos». Sin embargo, el diseño y la integración significan que la división del trabajo, la especialización de las células y el resultado final son suficientes para inspirar a los arquitectos. Si fuera tan simple, los autores no habrían dejado muchas preguntas sin respuesta:
Quedan por dilucidar muchos mecanismos celulares y moleculares precisos., cómo las células de transporte pueden transportar espículas o cómo se levanta un extremo de las espículas perforadas. Además, uno Más preguntas La respuesta es cómo las esponjas Construye su esqueleto Se ha informado que el patrón de crecimiento de las esponjas marinas cambia según el movimiento del agua de su entorno, según las condiciones de su microambiente, como el flujo de agua o la rigidez del sustrato.
El diseño también es evidente en los principios de autoorganización codificados en el ADN de la esponja que hacen que estas decisiones sean exitosas. Los diseñadores inteligentes humanos quieren beneficiarse de este conocimiento. Los autores concluyen, repitiendo el «punto clave»:
curiosamenteNuestro estudio reveló que las esponjas tienen un esqueleto resistente Un sistema biológico autoorganizado Construido por Comportamientos colaborativos células individuales. A Una cadena de reacciones simples y mecánicas.“Tráfico-agujero (a través de celdas de tráfico)-carta (a través de células y/o mecanismos todavía desconocidos)-cementación (utilizando una matriz de colágeno secretada por basopinocitos y células que recubren las espículas)”, agrega una espícula al esqueleto y da como resultado iteración Este Comportamientos continuos células, el esqueleto de las espículas se expande. Hasta donde sabemos, este es el primer informe de comportamientos colectivos de células individuales que utilizan materiales no celulares para formar estructuras biológicas autoorganizadas., comportamientos colectivos de termitas individuales, etc. para formar montículos. Así, no sólo nuestro trabajo Nueva luz sobre la formación del esqueleto En animales pero puede Fomentar los estudios interdisciplinarios. Campos como la biología teórica, la bioingeniería, la robótica y la ingeniería arquitectónica emplean mecanismos de arquitecturas de autoconstrucción que se ajustan automáticamente a su entorno, incluidos entornos remotos como las profundidades marinas o el espacio.
Una referencia a los montículos de termitas es pertinente. revista Ciencias Describió cómo estos montículos, construidos por cientos de termitas individuales, podían «respirar» como «pulmones externos»:
Así es como funciona: dentro de la montaña hay un gigante Chimenea Central Conectado a un Estructura de tuberías Ubicada en lo más delgado del cerro, Espinas como una flauta. cuando día, el aire en un contrafuerte delgado se calienta más rápidamente que el aire en una chimenea aislada. Como resultado, el aire caliente sube, mientras que el aire más frío de la chimenea desciende. Forma una celda de convección cerrada que impulsa la circulación., no la presión externa del aire como se supone. a la nocheSin embargo, el sistema de ventilación Al revés, ya que el aire en el contrafuerte se enfría rápidamente, cayendo por debajo de la temperatura de la chimenea central. Una inversión en el flujo de aire, a su vez, Exhala aire rico en dióxido de carbono. – como resultado del metabolismo de las termitas – que eventualmente se forma en el nido subterráneo, informan los investigadores en línea esta semana procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
Sabemos que algunas cuevas «respiran» cuando cambia la temperatura, pero esto es diferente. Las termitas construyen sus montículos con un propósito: regular la temperatura y eliminar el dióxido de carbono para su salud. Es como el transporte activo en las células, utilizando maquinaria que trabaja en contra de los gradientes de concentración naturales para extraer lo que las células necesitan y eliminar lo que no necesitan.
Autoorganización inteligente
Todos sabemos que algunas cosas hermosas pueden organizarse solas sin programación (los copos de nieve son un buen ejemplo). Lo que vemos aquí son sistemas que funcionan a partir de programas genéticos con un propósito. En el caso de las esponjas, sus células especializadas colaboran en un plan para crear un esqueleto que se adapte al entorno. En el caso de las termitas, el programa genético de cada insecto lo predispone a construir un montículo refrigerado en una cooperativa. Tales cosas no surgen por fuerzas naturales no guiadas.
Si la autoorganización funcional es simple, Por qué tomó años para cinco países europeos ¿»Trabajar para diseñar el primer hábitat espacial y terrestre desplegado de forma autónoma de la UE»? La iniciativa, denominada programa «Hábitat de Trabajadores por Cuenta Propia para Medio Ambiente Extremo» (SHEE), tiene como objetivo programar elementos para la «construcción autónoma» de viviendas para astronautas en Marte u otros lugares hostiles. Fue diseñado, prototipado, construido y trabajado durante años. mejoramiento Para que estos edificios se «desplieguen solos» sin humanos en el circuito.
Entonces, cuando una esponja hace eso, tenemos que mirar el diseño inteligente detrás de escena: la inteligencia de la esponja, que ciertamente no es trivial, pero la inteligencia es una causa de la información genética que le permite ejecutar un programa que conduce a una función. .
Los que aprecian los fascinantes programas genéticos que produjeron los animales del Cámbrico deben notar la cantidad de información compleja y específica en la esponja inferior. También podemos notar que el patrón de construcción de la esponja no tiene una relación ancestral evolutiva con los diversos planos corporales complejos que explotaron en los estratos del Cámbrico. Las esponjas lo hicieron bien. Todavía están con nosotros.
Este artículo fue publicado originalmente en 2015.
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