red filogenética

Cuatro mapas viejos dormían en cajones distintos. En cada uno había marcados genes relacionados con el envejecimiento celular, pero los mapas no coincidían: nombres diferentes, escalas diferentes, leyendas diferentes. El científico que buscaba un gen para su experimento tenía que cotejarlos a mano, con el riesgo de pasar por alto una marca importante.

Los archivos familiares de los Países Bajos conservan registros de matrimonios desde 1600. De esos registros, como de un viejo libro de contabilidad, se pueden extraer dos columnas: cuántos hijos tuvo una persona y cuántos años vivió. Los biólogos evolutivos llevan medio siglo discutiendo si esas columnas están relacionadas entre sí.

Imagina un mapa de vientos sobre una cordillera. El viento sopla principalmente cuesta abajo, obedeciendo los desniveles. Pero si miras de cerca, en algunos valles el aire se arremolina en pequeños remolinos que impiden que el viento simplemente fluya hacia abajo. Así es exactamente el campo de mutaciones en el ADN humano.

El bosque envejece de maneras distintas. En un lugar los árboles se van raleando poco a poco, como si se hubieran cansado de crecer, mientras que en otro se aferran tenazmente a la vida y gastan sus fuerzas en reparar las ramas dañadas. Algo parecido ocurre con el envejecimiento de la corteza cerebral cuando se la observa a través del prisma de miles de imágenes de resonancia magnética.

En marzo de 2020, Francia se quedó vacía: la gente dejó de ir al trabajo, a las escuelas y a los cafés, y las calles se llenaron de silencio. Los epidemiólogos miraban las gráficas y entendían que el virus no se propagaba solo, sino a través de apretones de manos, conversaciones y viajes en metro. Pero, ¿cómo predecir cuántos contactos le quedarán a una persona si el gobierno anuncia nuevas restricciones?

Se coloca un corte de eucalipto de una décima de milímetro de grosor bajo un microscopio de polarización, y la madera de repente florece: franjas azules, amarillas y rosadas se enrollan en espirales, forman anillos y remolinos.

Un cartógrafo que dibuja no montañas ni ríos, sino las conexiones invisibles entre electrones: así podría describirse la nueva red neuronal. En lugar de coordenadas atómicas, toma orbitales moleculares y traza un grafo donde los nodos son los orbitales y las aristas, sus medidas de entrelazamiento cuántico.

Un río dibujado en un mapa es siempre una sola línea. Pero si te paras en la orilla, verás que dentro del cauce hay corrientes más rápidas, remolinos y brazos que a veces se unen y a veces se separan. La telaraña cósmica es como ese río, solo que de materia oscura, y hasta hace poco los astrónomos la dibujaban como una sola línea.

Un río dibujado en un mapa es siempre una sola línea. Pero si te paras en la orilla, verás que dentro del cauce hay corrientes más rápidas, remolinos y brazos que a veces se unen y a veces se separan. La telaraña cósmica es como ese río, solo que de materia oscura, y hasta hace poco los astrónomos la dibujaban como una sola línea.

En un tren abarrotado, algunos pasajeros viajan en silencio y otros se abren paso hacia la salida apartando a los vecinos. En la sangre de cada persona van apareciendo células mutantes con la edad, y su destino se parece al de esos viajeros: la mayoría de los cambios son neutrales, como pasajeros que simplemente van sentados, pero algunos le dan ventaja a la célula y esta empieza a dividirse más rápido que las demás.

En el extremo de cada cromosoma hay un casquete de letras de ADN repetidas: el telómero. Durante mucho tiempo se midió como una longitud media de todos los cromosomas, como si juzgáramos una biblioteca por el grosor promedio de sus libros.

Dos células hijas reciben de la madre la misma cantidad: así se ve la imagen habitual de la división. Pero, ¿y si una de ellas recibe casi todo y la otra, migajas? El modelado estocástico muestra que a veces el reparto desigual es más ventajoso. Cada célula almacena una reserva protectora que le ayuda a sobrellevar las adversidades.

Si giras lentamente el dial de una radio antigua, el sonido no emerge del ruido de forma gradual, sino con un salto brusco, en el instante en que la antena entra en resonancia con la onda. Algo parecido ocurre con los genes en una célula viva.

El cartero reparte cartas por calles de sentido único. Mientras solo avanza, la ruta es simple y predecible. Pero si de repente se permitieran giros en U, empezaría a retroceder, a cruzar sus propias huellas — y el esquema de reparto se enredaría. Algo parecido le ocurre a una infección cuando las personas pueden enfermarse repetidamente.

La cadena proteica se pliega en una herramienta funcional en fracciones de segundo, y casi nunca se equivoca. Durante mucho tiempo se pensó que la evolución pulía específicamente las secuencias de aminoácidos para que la proteína no solo funcionara, sino que también encontrara fácilmente su forma única. Un nuevo trabajo da la vuelta a esta idea.

Una gran orquesta sin director. Cada músico es un gen, y la melodía es el complejo trabajo de la célula. Antes, al mirar una fotografía de tejido, el ordenador intentaba adivinar la parte de cada instrumento por separado. No sabía que los violines suelen tocar junto a las violas, y las trompetas con los trombones.

Una red donde los leones comen cebras y las hienas terminan con los restos no es solo una lista de almuerzos. Es un mapa de supervivencia de toda una región. Cuando el clima cambia, los animales migran y el mapa se rompe. Para entender dónde se romperá y dónde resistirá, hay que encontrar su «esqueleto» inmutable: esos vínculos que se repiten en distintos lugares.

Una biopelícula bacteriana se parece a una ciudad de moco. Las casas son los propios microbios. Las calles y los puentes son largas moléculas de polímeros que las bacterias secretan al exterior. Toda esta construcción no es estática: los puentes se rompen y se vuelven a unir constantemente.

Dos cuerdas pegadas a lo largo se enrollan solas en una doble hélice. Así está hecho el ADN, solo que el papel del pegamento lo juegan los enlaces de hidrógeno entre las bases, y la rigidez la aportan las propias cadenas.

Un rayo de sol cae sobre una hoja, y en su interior se desencadena una carrera de relevos. La energía pasa de una molécula a otra hasta alcanzar su objetivo. En el fotosistema II (un complejo proteico que inicia la fotosíntesis), esta carrera la corren las moléculas de pigmento: clorofilas y feofitinas.

Una ciudad de noche: en algunas ventanas la luz está encendida, en otras está oscuro. Si se unen con líneas las ventanas que se iluminan al mismo tiempo, se obtiene una red de conexiones. Los investigadores estudiaron esa red en diminutos organoides cerebrales: agrupaciones vivas de células nerviosas cultivadas en laboratorio.

Un libro de cocina se reescribe de generación en generación, pero un día la receta del gazpacho recibe un ingrediente secreto de un pastelero. A partir de ese momento, el sabor recuerda no solo a los ancestros, sino también al vecino. En el modelo estándar de la evolución, los genes se comportan de la misma manera.

Un mapa de carreteras con tráfico es un montón de números. Enviarlos todos completos lleva demasiado tiempo. Pero se puede reducir el volumen sin perder lo esencial. Los investigadores encontraron una solución ingeniosa: primero redibujar el mapa de modo que las calles se conviertan en puntos y las intersecciones, en puentes entre esos puntos.

Cuando los biólogos miden la actividad de miles de genes, normalmente solo ven una lista de correlaciones, como dos ingredientes en una sopa que suelen aparecer juntos. El método estándar busca ese tipo de pares, pero no muestra quién influye sobre quién.

Los datos sobre el funcionamiento de los genes suelen verse como una larga fila de números, similar a una franja de arcoíris (espectro) sin conexiones visibles. En el modelo scVision, estos números se transforman en una imagen con sentido: no una lista de ingredientes, sino la foto de un plato terminado.

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.

La evolución se parece no solo a un árbol con ramas divergentes, sino a un tejido entrelazado. Los hilos de los linajes se cruzan cuando las especies intercambian genes; por ejemplo, las bacterias se transmiten resistencia a los medicamentos, y las plantas se hibridan produciendo híbridos.

La red eléctrica es como una galaxia, donde los generadores masivos, como estrellas, marcan el ritmo con su rotación sincrónica. Con la llegada de la energía verde, aparecen los 'planetas': los convertidores de potencia. Unos giran obedientemente en sus órbitas, otros intentan convertirse en centros de atracción.

Cada tumor escribe su propia cosmología. Sus células son galaxias y las mutaciones, estallidos estelares que marcan las ramas de su árbol genealógico. La clave de esta historia está en el ritmo de acumulación de erratas genéticas.

Un árbol genealógico se convierte en un enredo si se tienen en cuenta los hijos adoptivos y los segundos matrimonios. La evolución a menudo se parece a ese enredo: aunque el modelo estándar —la representación tradicional de la evolución divergente, donde las especies se ramifican como un árbol— dibuja un árbol de especies ordenado, en realidad los genes no solo se…

Un desierto donde cada paso modifica el relieve. Las dunas se hunden, aparecen nuevas pendientes — y el siguiente paso ya viene dictado por lo que acabas de pisar. Así funcionan aproximadamente los "paisajes de arena" (sandscapes), un modelo matemático inspirado en los sistemas vivos.

Una colonia de células se asemeja a un destacamento que abre camino por terreno desconocido. En el tejido vivo, este papel suele desempeñarlo la quimiotaxis: el movimiento a lo largo del gradiente de una sustancia química que las propias células secretan. Antes, los modelos describían grupos homogéneos, pero en la realidad interactúan distintos tipos de células.

En una cacerola con caldo flotan moléculas. Unas se copian a sí mismas, otras ayudan a las vecinas y otras solo estorban. Esto no es sopa, sino un modelo de la vida temprana: un sistema replicador. Normalmente se piensa que las reglas del juego están fijas de una vez por todas: el que se reproduce más rápido, gana.

La metilación del ADN son pequeñas marcas químicas en nuestros genes. Con los años, cambian siguiendo un calendario bastante estricto. Los relojes epigenéticos convencionales observan estas marcas y dan un número: la edad biológica. Pero un número no cuenta cómo se reorganizó el patrón de marcas día a día, año tras año.

En la física cuántica hay teorías donde todo obedece a proporciones claras, como un ritmo musical que siempre vuelve al inicio del compás. Pero también existen teorías 'irracionales', donde el ritmo se rompe y predecir el siguiente golpe es casi imposible. Una de ellas es la teoría del bosón compactificado: la partícula vive en una circunferencia y su comportamiento depende del radio de esa circunferencia.

El dibujo helado en el cristal de la ventana no se extiende de manera uniforme: brota en ramas, conquista nuevas zonas, a veces dejando huecos atrás. Este crecimiento no es una expansión suave, sino una serie de tirones. Esta imagen resuena de forma asombrosa con el modelo matemático ideado por Charles Loewner hace un siglo.

¿Por qué algunos sistemas —desde las redes genéticas hasta el transporte aéreo— conservan las huellas del pasado más tiempo que otros? Durante mucho tiempo, la ciencia de redes culpó a la topología: número de conexiones, modularidad, espectro. Pero dos redes con el mismo esqueleto pueden recordar y olvidar de manera completamente diferente.

Una persona tiende la mano a un desconocido al otro lado de la ciudad. Ese desconocido nunca le devolverá el favor: no volverán a encontrarse. Entonces, ¿para qué ayudar? Los biólogos llaman a esto reciprocidad indirecta: el bien no regresa de quien recibió la ayuda, sino de otra persona, a través de una cadena. En el nuevo trabajo se enfrentaron dos variantes de este fenómeno.

El ensamblaje del sistema nervioso se parece a la construcción de una ciudad, donde cada casa nueva —una neurona— debe conectarse a tiempo a las carreteras de las sinapsis. En el gusano diminuto C.

El sistema inmunitario se parece a un editor incansable que corrige el borrador de los anticuerpos, haciéndolos cada vez más afines a virus y bacterias.