La capacidad de decisión de una célula es de 0,92 bits

Se ha conseguido determinar el número de posibles decisiones que una célula individual puede tomar después de recibir información de su entorno, y, en esencia, son sólo dos. Sin embargo, conforme aumenta el número de células que trabajan juntas, también lo hace la capacidad de decisión del grupo.

El estudio pionero en el que se ha hecho este hallazgo combina las matemáticas con experimentos en células vivas, para traducir el funcionamiento interno de la toma de decisiones de la célula en un lenguaje matemático universal, permitiendo que el procesamiento de información en las células sea comparado con el procesamiento de datos que tiene lugar en los ordenadores.

Esta nueva y llamativa investigación también demuestra por qué es ventajosa para las células la estrategia de cooperar entre ellas: Al formar parte de organismos multicelulares, logran superar su limitada capacidad de toma de decisiones.

Cada célula interpreta una señal proveniente del entorno de una manera diferente. Pero si muchas células actúan juntas, generando así una respuesta colectiva, el resultado puede eliminar las diferencias en la interpretación de la señal, en tanto que refuerza los rasgos comunes de las respuestas.

Un bit de información representa dos opciones: sí o no, encendido o apagado, o uno o cero en código binario, utilizado por los programas informáticos. Dos bits duplica la cantidad de opciones a cuatro, y así sucesivamente para cada bit agregado.

A fin de determinar cuántos bits de información tiene una célula para cada decisión, el equipo de Andre Levchenko, del Instituto Johns Hopkins para Ingeniería Celular, tuvo que medir una decisión biológica real en progreso. Los investigadores decidieron examinar los efectos de un conocido estimulante celular, una proteína llamada TNF, responsable de la activación de la respuesta inflamatoria en el cuerpo. Cuando las células detectan TNF en su superficie, transmiten un mensaje que envía una proteína mensajera al núcleo para activar los genes de la inflamación.

Conexión sináptica neuronal. (Ilustración: NIMH)

 

 

 

Los investigadores administraron distintas cantidades de TNF a células de ratón en placas de Petri, y luego determinaron si el mensajero llegó al núcleo. Acoplaron al mensajero un marcador luminoso, de modo que cuanto más grande fuese la cantidad de mensajero presente en el núcleo, más brillante se viera éste bajo el microscopio. Los investigadores utilizaron un programa informático para cuantificar el brillo del núcleo después de la adición de TNF, con lo que pudieron calcular que la respuesta de una sola célula era de 0,92 bits de información, lo que, esencialmente, permite dos decisiones posibles.

Los investigadores también examinaron la idea de que las células podrían responder colectivamente a estímulos para tomar decisiones en conjunto. Volvieron a cuantificar el brillo del núcleo en respuesta a la TNF, pero esta vez examinaron grupos de células. Encontraron que grupos de tan pocas células como 14 podían producir 1,8 bits de información, correspondientes a entre 3 y 4 diferentes decisiones posibles para el grupo.

El hecho de que grupos de células puedan tomar más decisiones que células aisladas explicaría por qué ser multicelular es una opción provechosa en el mundo animal, y por qué las células a veces pueden lograr mucho más si trabajan juntas que si lo hacen por separado.