
Los científicos que estudian cómo las bacterias actuan bajo presión de manera colectiva para iniciar estrategias de supervivencia, dicen que han adquirido nuevos conocimientos sobre cómo los seres humanos toman decisiones estratégicas que afectan a su salud, la riqueza y la suerte de los demás en la sociedad.
Su estudio, publicado recientemente en la edición online de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, tuvo lugar cuando los científicos aplicaron las técnicas matemáticas utilizadas en física para describir la compleja interacción de genes y proteínas que utilizan las colonias de bacterias para iniciar distintas estrategias de supervivencia en tiempos de estrés ambiental. Vale destacar que el uso de las herramientas matemáticas de la física teórica y la química para describir sistemas biológicos complejos es cada vez más común en el emergente campo de la física teórica biológica.
Los autores del nuevo estudio dicen que los genes se activan y desactivan en las bacterias que viven en condiciones de estrés no sólo arrojan luz sobre la complejidad de los sistemas biológicos, sino que aportan ideas para los economistas y científicos políticos sobre la aplicación de modelos matemáticos para describir la complejidad de la toma de decisiones humanas.
En la naturaleza, las bacterias viven en grandes colonias, cuyo número puede llegar hasta 100 veces el número de personas en la tierra. Muchas bacterias responder a un estrés extremo, como el hambre, el envenenamiento y la irradiación, mediante la creación de esporas, que son altamente resistentes al ambiente exterior y que puede germinar en pleno funcionamiento una vez que el medio ambiente mejora. La respuesta consiste en más de 500 genes y tarda aproximadamente 10 horas en la Bacillus subtilis,bacteria utilizada por los científicos en su estudio.
Cada bacteria en la colonia se comunica a través de mensajes químicos y realiza un sofisticado proceso de toma de decisiones mediante una red especializada de genes y las proteínas. El modelado de esta compleja interacción de genes y proteínas en las bacterias permitió a los científicos evaluar los pros y los contras de las diferentes opciones en la teoría de juegos, una rama de las matemáticas que trata el modelo de la toma de decisiones por los seres humanos, en la que el éxito de un individuo en la toma de decisiones depende de las decisiones de los demás.
Cuando las bacterias forman esporas, la célula madre muere, pero no antes de que se almacene una copia de su ADN en una cápsula especial llamada la espora. La célula madre se rompe y su ADN y proteínas restantes se liberan al medio ambiente. Las bacterias en el camino hacia la formación de esporas no siempre forman esporas, ya que pueden cambiar su destino y escapar a un estado diferente llamada “competencia”.
En este estado, las bacterias cambian sus membranas para permitir la fácil absorción de los materiales de las células que mueren. Esto permite la creación de competencia de un “estado intermedio”, en la que hay esperanza de sobrevivir incluso en estas condiciones hostiles. Cuando se restablezcan las condiciones normales, las bacterias vuelven a la vida normal sin tener que hacer una espora. La ventaja de esta situación es la capacidad de recuperar rápidamente la normalidad, pero hay también una desventaja, y es la muerte probable si las condiciones se ponen peores. Como resultado de esto, cada bacteria tiene un dilema.
“Vale la pena para la célula individual a asumir el riesgo y escapar a la competencia sólo si se da cuenta de que la mayoría de las células decide convertirse en esporas”, explicaron los científicos.
Los investigadores descubrieron en su estudio que el proceso de toma de decisiones de las bacterias es mucho más avanzado que el conocido problema de la teoría del juego, conocido como el Dilema del Prisionero.
El clásico dilema del prisionero plantea la siguiente cuestión, a dos presos se les da la siguiente oferta: Si un preso se declara culpable, el que coopera recibe dos años de cárcel mientras que el otro seis años. Si ambos admiten su culpabilidad, entonces serán encarcelados durante cuatro años. Sin embargo, si ninguno de ellos se declara culpable, quedan en libertad sin castigo. La tentación es no admitir nada, pero los presos nunca saben si el otro preso ha cooperado y se ha declaró culpable.
Debido a que el número de participantes en una colonia de bacterias puede ser hasta 100 veces el número de personas en la tierra, las bacterias necesitan construir una forma más compleja de la teoría de juegos. Las condiciones ambientales en rápida evolución a las que se enfrentan las bacterias hacen también que tengan un tiempo limitado para decidir.
El dilema del prisionero para las bacterias es más complejo, cada bacteria debe decidir si se convierte en una espora, es decir, cooperar, o escapar a la competencia, o aprovecharse de los demás, aunque tiene un tiempo limitado para decidir, mientras que un reloj no se detiene. Hen descubierto que cada célula tiene una temporizador interno cuyo ritmo varía de acuerdo a la tensión que experimenta. El ritmo sube para las decisiones de mayor tensión, como en seres humanos. Nuestra velocidad de reloj interno funciona en virtud del peligro a causa de la secreción de adrenalina y por lo tanto tenemos la sensación de tiempo lento. Además de la tensión interna, cada bacteria se ajusta el ritmo de su contador de tiempo de acuerdo a la presión de sus compañeros y su intención de convertirse en esporas o entrar en competencia.
Según Onuchic, las bacterias no suelen engañar a sus amigos y les informará mediante el envío de mensajes químicos sobre sus verdaderas intensiones.
Los investigadores han desarrollado por primera vez un modelo del sistema de una red de genes para descifrar los grandes principios fundamentales de la teoría del juego y de cómo la red interna de genes y proteínas de las bacterias se utiliza para calcular los riesgos en situaciones complicadas.
Esto tiene aplicaciones importantes para la sociedad humana, porque muchas personas encuentran dilemas similares en sus propias vidas. Por ejemplo, si la gente ignora los efectos secundarios y la vacunación contra un nuevo virus potencialmente letal, o no se va a vacunar y toma el riesgo de ser infectado con las posibles consecuencias. Si la mayoría de la población se va a vacunar, entonces es mejor para cada persona no vacunarse. Sin embargo, si la mayoría de la gente no se vacunan, entonces es mejor ser vacunados.
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