Científicos descubren sorprendentes similitudes entre las células humanas y las estrellas de neutrones

Pues resulta que los seres humanos pueden estar en sintonía con el Universo aún más de lo que creemos. Según un curioso estudio publicado en la revista Physical Review C , dos cosas que parecen tan alejadas como las estrellas de neutrones y el citoplasma de las células tienen una estructura muy similar, una forma que se asemeja a los garajes de estacionamiento de varios pisos.

En 2014, el físico Greg Huber y sus colegas de la Universidad de California Santa Barbara (UCSB) exploraron la biofísica de tales formas -hélices que conectan láminas apiladas uniformemente- en un orgánulo celular llamado el retículo endoplasmático (ER). Huber y sus colegas las llamaron rampas de Terasaki en honor de su descubridor, Mark Terasaki, un biólogo celular de la Universidad de Connecticut.

Huber creía que estos «estacionamientos» eran exclusivos de la materia blanda (como el interior de las células) hasta que se encontró con el trabajo del físico nuclear Charles Horowitz de la Universidad de Indiana. Y aquí llegó la sorpresa. Usando simulaciones por ordenador, Horowitz y su equipo habían encontrado las mismas formas profundas en la corteza de las estrellas de neutrones.

«Llamé a Chuck y le pregunté si era consciente de que habíamos visto estas estructuras en las células», dice Huber, director adjunto del Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) en UCSB. «Fue una novedad para él, así que se dio cuenta de que podría haber algún tipo de interacción fructífera». La colaboración resultante exploró la relación entre dos modelos muy diferentes de materia.

Los físicos nucleares tienen una terminología válida para toda clase de formas que ven en sus simulaciones por ordenador de alto rendimiento de las estrellas de neutrones: Pasta nuclear. Estas incluyen tubos (espaguetis) y hojas paralelas (lasaña) conectadas por formas helicoidales que se asemejan a las rampas de Terasaki. «Ven una variedad de formas que vemos en la célula», explica Huber. «Vemos una red tubular; vemos hojas paralelas. Vemos hojas conectadas entre sí a través de los defectos topológicos que llamamos rampas de Terasaki...».

Sin embargo, las diferencias se pueden encontrar en la física subyacente. Típicamente, la materia se caracteriza por su fase, que depende de variables termodinámicas: densidad (o volumen), temperatura y presión, factores que difieren en gran medida en el nivel nuclear y en un contexto intracelular.

«Para las estrellas de neutrones, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética crean lo que es fundamentalmente un problema de mecánica cuántica», explica Huber. «En el interior de las células, las fuerzas que mantienen unidas a las membranas son fundamentalmente entrópicas y tienen que ver con la minimización de la energía libre total del sistema. A primera vista, esto no podría ser más diferente», añade.

Otra diferencia es la escala. En el caso nuclear, las estructuras se basan en nucleones como los protones y los neutrones y los bloques de construcción se miden mediante femtómetros (10 a la -15 ). Para las membranas intracelulares, la escala de longitud es de 10 nanómetros (-9 ). La relación entre los dos es un factor de un millón (10 a la -6 ). Sin embargo, estos dos regímenes muy diferentes hacen las mismas formas.

«Esto significa que hay algo profundo que no entendemos acerca de cómo modelar el sistema nuclear», dice Huber. La similitud de las estructuras fascina a los físicos teóricos y nucleares por igual.

«Que fases similares de la materia surgan en los sistemas biológicos fue muy sorprendente para mí», reconoce el físico nuclear Martin Savage, profesor de la Universidad de Washington. «Es evidente que hay algo interesante aquí».

Horowitz está de acuerdo: «Ver formas muy similares en tales sistemas sorprendentemente diferentes sugiere que la energía de un sistema puede depender de su forma de una manera sencilla y universal». Los investigadores reconocen que estas similitudes son todavía bastante misteriosas y que solo son el principio de una larga serie de observaciones.