comunidad microbiana

El arroyo Issaquah, en el estado de Washington, se convierte cada otoño en una sala de partos para miles de salmones. Los peces llegan, desovan y mueren, y el agua se lleva sus rastros moleculares: fragmentos de ADN, ARN de vida corta, marcas químicas sobre el texto genético.

La multitud de peatones en una plaza se mueve de forma caótica: cada uno va por su camino, a veces chocando con otros. Si en esa multitud uno de cada tres lleva un traje protector que no deja pasar el contagio, el ritmo de propagación de la enfermedad cambia de golpe.

La orquesta empieza a tocar, pero cada músico lleva su propio tempo. Si todos tocan más o menos a la misma velocidad, la música fluye como una corriente continua. Pero si un grupo de instrumentos toca notablemente más lento que el resto, el sonido se agrupa en una masa compacta que avanza lentamente.

Un grupo de puntos brillantes nada en la oscuridad, a veces condensándose en islotes, a veces dispersándose en ondas. No son peces ni aves: es un modelo matemático de materia activa, donde cada partícula gasta su propia energía para moverse, y además nace, muere y compite con sus vecinas por el espacio.

Un enjambre de mosquitos parece una nube viva: cientos de cuerpos dan vueltas juntos, pero nadie se alinea ni repite los movimientos del vecino, como hacen los estorninos o los peces. Durante mucho tiempo no se entendía en qué se basaba esa unidad. Los autores del nuevo trabajo sugirieron que los insectos se comunican mediante el sonido.

Los modelos habituales consideran que el contagio es como un flujo uniforme de agua que siempre baña a todos por igual. En realidad, del enfermo emana un flujo cambiante: justo después del contagio apenas gotea, luego se convierte en un aguacero torrencial y después se calma.

En la red de la vida, los depredadores y las presas intercambian carbono y agua, y cada acto de comer aumenta ligeramente el desorden universal. Pero la irrupción de una enfermedad convierte este sistema en un columpio gigante. Cuando un depredador de nivel medio enferma, su capacidad de cazar cae y él mismo se convierte en presa fácil.

Imagina un vagón de metro abarrotado en hora punta. Los pasajeros no solo están de pie: respiran, desprenden humedad, se abren paso hacia las salidas y a veces se quedan atascados en las puertas, bloqueando el flujo. Ahora imagina que esos pasajeros pudieran remodelar las paredes del vagón, añadir barras de agarre o convertir el suelo en gel.

Buscar vida más allá de la Tierra es como sintonizar una vieja radio: escuchamos el susurro químico de las atmósferas de exoplanetas lejanos, tratando de captar señales de actividad biológica.

En 1944, Erwin Schrödinger planteó la pregunta «¿Qué es la vida?», anticipando explicaciones cuánticas de la biología. Casi un siglo después, los físicos vuelven a este enigma, armados con el aparato de la teoría cuántica de campos.

A partir de carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre se pueden formar 10⁶⁰ moléculas pequeñas distintas: un 1 seguido de 60 ceros, más que estrellas en el universo observable. La vida solo utiliza una diminuta parte de este menú, pero no de cualquier manera.

En el agua dulce de los lagos, las cianobacterias Microcystis a menudo causan floraciones tóxicas. Se agrupan en colonias: esferas elásticas, similares a una gelatina densa. Las células están pegadas por una sustancia especial a base de carbono, que actúa como un potente pegamento natural.

La comunidad microbiana del intestino se parece a una orquesta: no solo importan los músicos, sino también cómo tocan juntos. Cuando hay enfermedad, no solo cambia la composición de los microbios, sino también sus interrelaciones.

Una olla de agua está en el fuego. La temperatura baja: un grado sobre cero, cero, un grado bajo cero — el agua sigue líquida. Pero en cierto momento, un leve soplo basta para que toda la masa se congele al instante en hielo. A esos saltos los físicos los llaman transiciones de fase.

Una bandada de pájaros o un banco de peces a veces se enrolla en un vórtice, aunque ningún individuo dé la orden de 'girar'. Esta rotación colectiva ayuda al grupo a mantenerse unido y a mezclarse mejor. Por lo general se explica porque los propios individuos son asimétricos, como un tornillo, o se empujan unos a otros con un giro.

Bajo los pies, en el bosque, transcurre una vida silenciosa: los hongos envuelven las raíces de los árboles e intercambian nutrientes con ellos. Pero, ¿cómo contar cuántas especies de hongos hay en el suelo sin tener que remover todo el bosque? Resulta que la respuesta se puede ver desde el espacio.

Las levaduras están atrapadas en un gel transparente, como pasas en una gelatina. No se mueven por sí solas, pero pronto empiezan a ascender. El secreto está en su propia «gaseosa». Durante la fermentación, las levaduras liberan dióxido de carbono. En un medio denso, el gas no se escapa, sino que se acumula hasta formar burbujas.

Una colonia de células se parece a una ciudad que crece desde las afueras: las casas nuevas aparecen donde hay más espacio. Dentro hay hacinamiento y la construcción se detiene. Así, las células se dividen con más frecuencia en el borde, donde los vecinos las comprimen menos. Los científicos modelaron esto sin órdenes químicas, solo con mecánica.

Cuando en una gota de agua se reúnen muchas bacterias (compuestas principalmente de carbono), comienza una danza sincrónica: millones de diminutos seres se deslizan en elipses gigantes, como bailarines en una pista. Así, sin un líder, de movimientos simples surge un patrón complejo.

Ecuaciones simples que describen los ciclos de zorros y conejos se han aplicado a bacterias en exoplanetas distantes, como K2-18 b. Estos mundos albergan océanos profundos bajo densas atmósferas de hidrógeno.

En una fina película de agua, atrapada entre dos vidrios, viven bacterias. El oxígeno les llega solo a través de una de las paredes, como el aire entra a una habitación por una única ventana. Cuando hay pocas bacterias, no le prestan atención: una parte se adhiere a una pared, otra a la otra, y el panorama resulta simétrico.

Las comunidades microbianas se parecen a una orquesta ruidosa: miles de instrumentos y no se sabe quién lleva la melodía principal. En el intestino, el océano o el suelo viven millones de especies de bacterias, y los científicos necesitan averiguar cuáles son realmente importantes para la salud humana o la fertilidad de la tierra.

Hace 4 mil millones de años, la joven Tierra era bombardeada sin piedad por meteoritos, dejando cráteres. Las lluvias los llenaban de agua, formando pequeños estanques donde se acumulaban burbujas lipídicas.

El tumor no se queda quieto. De él se desprenden células individuales o grupos enteros que se lanzan a un viaje por el cuerpo. Unas se arrastran en solitario, como exploradores; otras se mantienen juntas, como una bandada. Los científicos han construido un modelo computacional para entender cómo estas células eligen su dirección.

Las bacterias no solo se arrastran por la superficie: deciden en masa qué forma tomará su colonia. Una multitud se mueve por una plaza: cada persona camina por su cuenta, pero juntas forman una corriente. Así también las bacterias: cada una se mueve a su manera, pero juntas crean un patrón de caminos ramificados.

Las bacterias en una gota de agua se empujan y nadan, cada una por su cuenta, pero juntas crean patrones. Con movimiento débil, el líquido burbujea como una sopa a fuego fuerte: los remolinos chocan y la dirección de la corriente cambia cada segundo. Esto se llama turbulencia bacteriana.

En el fango del fondo de un estanque viven bacterias que llevan en su interior diminutas agujas magnéticas. Estas agujas son cadenas de cristales de magnetita y ayudan a las bacterias a nadar a lo largo del campo magnético terrestre, como la aguja de una brújula, en busca de mejores condiciones.

Dos especies de bacterias comparten una misma placa de Petri. Ambas comen el mismo alimento y, según todas las reglas, una debería desplazar a la otra. Pero en la realidad, a menudo conviven durante años. El secreto está en saber retirarse a tiempo. Las bacterias no se quedan quietas. Cuando aparece un extraño cerca, comienzan a moverse más rápido.

Una bacteria en una gota de agua no solo nada: palpa el espacio a su alrededor, decide hacia dónde girar y encuentra la salida de un laberinto enredado. Los nadadores microscópicos artificiales hasta ahora no sabían hacer eso: había que llevarlos de la mano, enviándoles señales desde el exterior.