Las neuronas tienen procesos cuasi eléctricos bien conocidos. Los canales de membrana especializados admiten iones de potasio e iones de sodio cargados positivamente en el citoplasma, y ​​los bombean, creando pulsos que viajan por los axones o dendritas. Las sinapsis convierten los pulsos en señales químicas y regresan. Los neurólogos hablan de «potenciales de acción» ya que estos flujos de iones aparecen como picos eléctricos en el oído interno, los órganos olfativos y otras partes del sistema nervioso central. Otros ejemplos incluyen los motores ATP sintasa y flagelos bacterianos, que giran por medio de fuerzas motrices producidas por protones o iones de sodio.

Estos procesos, mientras emplean partículas cargadas, se parecen más a la química que a la electricidad. Ahora, sin embargo, algunos científicos están describiendo corrientes eléctricas reales que pasan a través de «cables» de algún tipo.

La célula eléctrica

Nuestras modernas redes eléctricas transmiten más que potencia. También transmiten información. Las palabras y las imágenes en nuestras pantallas vienen a través de pulsos electromagnéticos (EM) que se convierten en el reconocimiento de las computadoras 1 y 0. Algunos pulsos, también llamados solitones, se transmiten por el aire en transmisiones inalámbricas de ondas EM a través de torres de telefonía móvil, satélites o enrutadores WiFi en nuestros hogares. Otros impulsos informativos pasan a través de cables coaxiales o líneas eléctricas («banda ancha sobre líneas eléctricas» o BPL). ¿Las células están cableadas para la transmisión eléctrica de información? De hecho lo están. Un documento de B. R. Frieden y R. A. Gatenby en Nature Scientific Reports dice que esta posibilidad está respaldada por evidencia:

Si bien los elementos del citoesqueleto están involucrados principalmente en la forma y el movimiento celular, también pueden servir como conductos de información tanto biomecánicos como eléctricos que pueden alterar la expresión génica y la ubicación cromosómica. La capacidad de los microfilamentos y microtúbulos para conducir electrones e iones se ha documentado ampliamente. Los microfilamentos son polímeros de actina que mantienen altos niveles de cargas superficiales negativas que permiten interacciones altamente dinámicas tanto con el microfilamento como con los contraiones citoplásmicos. Varios estudios han demostrado centros de carga con nubes de contraiones correspondientes a lo largo del eje de microfilamento que permiten que las ondas iónicas se propagen a lo largo de su eje largo. Esta conductancia toma una forma específica como Cantiello et al. los filamentos de actina demostrados propagan la señal eléctrica a través de las ondas de solitón, de modo que la señal prácticamente no tiene pérdidas. [Énfasis añadido.]

La posibilidad de transmisión eléctrica existe, por lo tanto, ¿pero realmente sucede? ¿Qué tipo de información se conduce por las líneas de transmisión de la célula?

También existe evidencia experimental de que los microtúbulos pueden regular los canales iónicos de las porinas mitrocondriales o canales iónicos dependientes de voltaje dentro de las membranas, en las mitocondrias y que los microtúbulos pueden influir en la matriz extracelular (MEC) y pueden verse influidos por ellos, de modo que existe un intercambio dinámico y continuo de Información entre el citoesqueleto y el exterior celular.

Un panorama asombroso para el DI

Esto abre nuevas investigaciones asombrosas para el diseño inteligente, tanto sobre la naturaleza de la información transmitida como sobre la infraestructura utilizada para transmitirla. Tenga en cuenta que las líneas de transmisión de filamentos de actina y microtúbulos, que están construidas con aminoácidos, son un orden de magnitud más pequeño que las neuronas que conducen potenciales de acción a lo largo de su longitud. Esta red eléctrica recientemente reconocida se superpone al conocido sistema de transducción de señales que transmite información en forma de productos químicos empaquetados en vesículas de clatrina u otras proteínas de la cubierta. El concepto de célula eléctrica se expande en el anuncio de 2015 de que las mitocondrias están conectadas en una red eléctrica celular. Frieden y Gatenby dicen:

Por lo tanto, investigamos el potencial de los microtúbulos y microfilamentos para actuar como conductores de información que vinculan la membrana celular con estructuras celulares centrales, como el núcleo, las mitocondrias y el retículo endoplásmico. De este modo forman una red de información distribuida de conductores.

Muchas preguntas ahora pueden ser investigadas

¿Cómo se codifica y decodifica la información? ¿Se puede descifrar el código? ¿Cómo los receptores transducen la información en formas que entienden? ¿Cómo interactúa este sistema de información eléctrica con el sistema de información química? ¿Cómo evitan los cortocircuitos los nanocables? ¿Cuáles son los valores de voltaje, amperaje y resistencia? Los lectores de este documento de acceso abierto encontrarán deliciosas discusiones de interés desde una perspectiva de diseño:

La dinámica que rige la transmisión de información ha sido ampliamente investigada por el trabajo pionero de Fisher, Shannon y otros (ver más abajo). La transmisión ideal de información ocurre cuando el receptor obtiene precisamente la información que fue enviada desde su fuente. Esto se debe a que cualquier canal que transmita una señal de un remitente a un receptor no puede (por definición de un canal) transmitir más información de la que contiene la señal de origen. En cambio, es inevitable la pérdida de la información de Shannon en ruta durante el proceso de codificación, transmisión, recepción y decodificación del mensaje. Por lo tanto, minimizar tal pérdida es el objetivo realista de dicho sistema.

Tenga en cuenta que esto ignora el costo evolutivo para el sistema de adquisición del mensaje. En su lugar, asume tácitamente que cada mensaje posible se adquiere con el mismo costo, y se enfoca en la cuestión de qué tan bien el sistema puede responder a ese mensaje, sin importar el costo

No será una sorpresa para los defensores del Diseño Inteligente que las células ya estén bien optimizadas para la transmisión de información:

En el caso de los microtúbulos, que normalmente convergen en el centrosoma, estos datos en bruto permite una evaluación rápida del estado general del medio ambiente a lo largo del tiempo. O en el caso de los microfilamentos, que típicamente se vinculan a complejos de proteínas en la membrana nuclear, la información de datos específicos puede transmitir, al núcleo, información detallada sobre las variaciones espaciales y temporales del entorno. En trabajos anteriores, encontramos que estas dinámicas de información están altamente optimizadas.

En otras palabras, la célula está optimizada para utilizar tanto la información con pérdida como la información detallada, obteniendo la mejor combinación para una respuesta rápida. (Se puede ver una combinación similar en los mecanismos de reparación del ADN, algunos de los cuales son rápidos y propensos a errores, y otros son lentos y cuidadosos). Además, los canales de información detallada y con pérdida interactúan entre sí y con otros sistemas de señalización celular:

Finalmente, notamos que nuestro análisis ignora la posible comunicación entre microfilamentos individuales y microtúbulos. En realidad, los microfilamentos y los microtúbulos se interconectan frecuentemente a través del contacto físico directo y las proteínas de entrecruzamiento. También es probable que los elementos del citoesqueleto puedan interactuar de forma compleja con las vías de transducción molecular. Esto sugiere una red compleja para la transmisión y el análisis de la señal que permita una dinámica de información rica que probablemente aumente y modifique las vías moleculares más conocidas y estudiadas que se encuentran en (por ejemplo, la vía MAPK) que llevan la información después de la unión del ligando a un receptor de membrana al núcleo. .

Nuevas oportunidades de investigación

Para ver cómo estos hallazgos ya motivan la investigación, vea cómo se está involucrando Marcelo Marucho en la Universidad de Texas en San Antonio. Las noticias de la universidad dicen: «Ahora la investigación biofísica en la Universidad de Texas en San Antonio (UTSA) ha analizado más de cerca el citoesqueleto de una célula y ha encontrado un nuevo propósito: ayuda en la transferencia de energía y el procesamiento de información en las neuronas«.

«Hay evidencia de que los filamentos conducen la electricidad, como un cable eléctrico«, dijo Marucho, quien combina biología y física para entender lo que él llama el bionanocableado, el cable eléctrico de una célula. «Los filamentos, F-actina y microtúbulos, son capaces de propagar los impulsos eléctricos dentro de las neuronas. Esta propiedad es algo que los científicos generalmente no han considerado«.

El citoesqueleto o los filamentos de la célula son responsables de la forma de la célula. También organizan partes celulares e impactan el movimiento y la división de una célula. Pero Marucho cree que los filamentos celulares del citoesqueleto también son capaces de conducir energía eléctrica.

Marucho ha recibido $ 1.5 millones en subvenciones del NIH por su trabajo. Ya está realizando experimentos «para determinar cómo se distribuye la electricidad y cómo afecta a las propiedades mecánicas de los filamentos». El potencial de los experimentos basados ​​en el DI sobre la transferencia de información a través de la bioelectricidad dentro de la célula parece estar totalmente abierto. Esta es una gran oportunidad para tomar la iniciativa, recoger las implicaciones e incluso ayudar a la humanidad mediante la identificación de soluciones para las averías que conducen a la enfermedad.

Crédito de la foto: Universidad de Texas en San Antonio, a través de EurekAlert.

Artículo publicado originalmente en inglés por Evolution News