Doppler, las ondas y la columna vertebral
Científicos que buscaban entender mejor cómo se forma la columna vertebral hallaron que, además de estar involucrado el conocido reloj biológico, tenía lugar un efecto Doppler. El trabajo, llevado a cabo por un equipo de investigadores de Alemania, Gran Bretaña, Estados Unidos y la Argentina, fue recientemente publicado en Science.
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Un equipo de científicos de distintas instituciones de Alemania, Gran Bretaña, Estados Unidos y de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA en la Argentina encontró algo inesperado cuando buscaban entender mejor cómo se arma, vértebra a vértebra, la columna durante la gestación. Hallaron que el efecto Doppler está involucrado. El impacto del trabajo científico fue tan importante que fue publicado recientemente en la prestigiosa revista Science.
“Lo novedoso del estudio es haber encontrado la aplicación del efecto Doppler durante el desarrollo embrionario. Esto es algo inesperado. Los físicos conocemos este efecto y estamos acostumbrados a tratar con él en otros contextos, pero no en la etapa de formación de la columna vertebral”, afirma Luis Morelli, desde el Departamento de Física de Exactas UBA sobre el trabajo realizado en conjunto con investigadores del Instituto Max Planck de Alemania, de Investigación Médica de Gran Bretaña, de la Universidad de Londres y de la Universidad de Wisconsin en Estados Unidos.
Casi todos experimentamos habitualmente el efecto Doppler. El boletero de una estación ferroviaria lo hace a diario. “Al acercarse el tren, las ondas sonoras de la bocina se comprimen, la frecuencia es más alta y el sonido es más agudo. Una vez que pasó la formación, la bocina es la misma pero ahora las ondas llegan más separadas, entonces se escuchan frecuencias más bajas, más graves”, compara Morelli, investigador del CONICET, para explicar el efecto Doppler “que en principio se lo puede encontrar donde haya propagación de ondas, ya sea de luz, sonido, etcétera”, agrega.
Christian Doppler fue el científico que mencionó este efecto en 1842 en su tratado para explicar las diferencias de color de las estrellas binarias. “Doppler postuló que la frecuencia observada de una onda depende de la velocidad relativa entre la fuente y el observador, y usó esta idea para intentar explicar las diferencias de color de estrellas binarias”, precisa Morelli, quien forma parte del equipo que detectó este efecto no en las grandes dimensiones astronómicas, sino en el universo pequeño y embrionario de un pez que de adulto mide alrededor de tres centímetros.
Se trata del pez cebra o zebrafish, que fascina a los inves tigadores porque en su gestación es transparente y deja ver -por ejemplo- cómo se forma, vértebra a vértebra, su columna. Si bien a esta especie le falta la complejidad de los seres humanos, su simpleza permite entender mejor el mecanismo. Además, el proceso en este animal acuático es muy veloz y satisface mejor la ansiedad científica. “En este pececito, cada media hora se produce un segmento de la columna vertebral. Es rápido en relación con lo que este proceso lleva en el ser humano”, indica.
Luis Morelli. Foto: Diana Martinez Llaser
Reloj biológico
Hasta antes de este trabajo, publicado recientemente en la revista Science, el conocimiento científico afirmaba que el reloj biológico organizaba y daba información a las células para formar la futura columna vertebral. “Hace bastante tiempo que ya sospechábamos que era muy simplista la explicación básica del reloj biológico”, relata Morelli, quien desde hace diez años trabaja en el equipo interdisciplinario con los laboratorios de Europa. “Nos llevó un tiempo detectar que el efecto Doppler estaba involucrado en este proceso, además del reloj biológico”, añade.
Rebobinando la historia de la investigación, Morelli precisa: “Estudiamos la formación de patrones y de estructuras de la columna vertebral durante el desarrollo embrionario. Los segmentos en que está dividida la columna vertebral se forman secuencialmente uno después de otro y con un ritmo, o una periodicidad que se repite. Se pensaba que este ritmo estaba controlado por un reloj biológico que oscila en el segmento de tejido que aún está sin segmentar. Nosotros encontramos que la segmentación se produce más rápidamente que las oscilaciones. O sea que el ritmo de la segmentación es más rápido que el supuesto reloj que la controla, lo cual es anti intuitivo, dado que, si lo controla, el ritmo debería ser el mismo”.
«¿Cómo puede ser que esto ocurra?», se pregunta Morelli y enseguida responde. “Este reloj biológico produce unas ondas de expresión genética que se propagan y el ‘cabezal’, que lee estas oscilaciones, se está moviendo en dirección a la fuente que las produce, entonces se da algo parecido a lo que se conoce como efecto Doppler, porque el cabezal que lee las oscilaciones las ve llegar más rápidamente porque se está moviendo hacia ellas. Lee una longitud de onda más corta, más pequeña; a medida que se aproxima, las tiene más cerca. Entonces, el ritmo que lee es más rápido porque se está aproximando a esta fuente. Esto es parecido a lo que ocurre cuando, por ejemplo, uno está parado y pasa un vehículo muy rápido: uno escucha, al acercarse, un sonido a una frecuencia alta”, concluye el experto.
En el siguiente video se puede observar cómo un embrión de pez cebra va formando, de manera secuencial y rítmica, cada uno de los segmento de su columna vertebral.
