Cómo las células eligen la forma del cuerpo exprés
Las células en la superficie del embrión se asemejan a granos de arroz que pueden alinearse en una misma dirección. Este orden se denomina nemático. Surge cuando las células comienzan a actuar de manera coordinada, como un banco de peces que nada en una sola dirección. Los científicos modelaron este proceso en una envoltura esférica, como si fuera un globo inflable cubierto de muchos de estos "granos".
Cuando los "granos" se alinean, la envoltura pierde simetría y cambia de forma. Si el orden surge de manera abrupta, la envoltura se estira, como un melón. Si es gradual, aparecen cuatro puntos donde la dirección de los "granos" diverge, y la forma se vuelve más compleja. La rigidez de la envoltura juega un papel clave: en una envoltura muy rígida, la transición siempre es gradual, mientras que en una blanda, es abrupta.
Este mecanismo explica cómo surge el eje corporal en los seres vivos sin ninguna señal externa. Basta con que las células de la superficie comiencen a actuar de manera coordinada y deformen ligeramente la envoltura. Así, de una simple esfera de células puede surgir un organismo con una parte anterior y una posterior bien definidas.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.07082
The emergence of nematic order on deformable closed surfaces plays a pivotal role in the morphogenesis of active biological matter, such as the regeneration of Hydra. In this work, we present a continuum model that couples the two-dimensional Landau-de Gennes order tensor, describing in-plane nematic ordering, with the mechanics of a mass-conserving, deformable spherical shell. By investigating the isotropic-to-nematic phase transition driven by a reduction in temperature, mimicking the natural induction of nematic order in actomyosin fibres, we perform both linear and weakly non-linear bifurcation analyses. The onset of nematic ordering spontaneously breaks spherical symmetry, yielding distinct equilibrium morphologies governed by the shell's deformability. Axisymmetric configurations, featuring two +1 defects at the poles, emerge via a discontinuous bifurcation, resulting in a globally stable prolate shape, alongside a metastable oblate shape. Non-axisymmetric configurations, featuring four +1/2 defects arranged in a square, arise via a continuous bifurcation. Shell softness drives the first-order character of the transition, while in the limit of infinite stiffness all bifurcations become continuous. Integer defects strongly couple with local mass redistribution, manifesting as shell thinning or thickening, whilst half-integer defects induce no such local deformation. These findings provide a purely mechanical framework for understanding body-axis formation and defect-mediated morphogenesis in biological vesicles.
En la hidra, durante la regeneración, a partir de solo unos cientos de células se forma nuevamente un cuerpo completo con cabeza y pie, y todo gracias a que las células de la superficie se alinean en una misma dirección.