Dinámicas complejas en el desarrollo del primer segmento tarsal de Drosophila melanogaster.

Complex dynamics in the development of the first tarsal segment of Drosophila melanogaster

La interacción de grupos de genes, proteínas, y células es necesaria para el desarrollo de un organismo multicelular. Por tal motivo, la teoría de la complejidad puede ser una herramienta indispensable para entender cómo diversos procesos embriológicos y evolutivos suceden. Sin embargo, en la mayoría de los programas de investigación estas áreas permanecen aisladas. En un esfuerzo por crear un punto de integración entre el Evo-Devo y las ciencias de la complejidad, en este documento propongo que las dinámicas celulares de epitelios pueden tener comportamientos que se asemejan a los encontrados en sistemas complejos. Dichas dinámicas celulares, además de regular la densidad celular de los epitelios, pueden conferir alta evolucionabilidad a estos tejidos. Para lograr este objetivo, utilizo como sistema el desarrollo del primer segmento tarsal de las patas anteriores de Drosophila melanogaster. Primero doy un ejemplo en el cual dinámicas aleatorias a nivel celular pueden generar la emergencia de patrones organizados a nivel del tejido. En seguida muestro como la modificación de características morfológicas del epitelio puede generar dinámicas celulares altamente organizadas o por el contrario aleatorios. Como resultado, planteó que el desarrollo de los epitelios muestra rasgos de comportamientos complejos y propone que la retro-alimentación entre tensión mecánica y procesos celulares son básicos para entender cómo se desarrollan y evolucionan los organismos multicelulares. Estos estudios ponen en evidencia las bases mecánicas de procesos complejos que conectan diversos niveles de organización.

Gene, protein and cell interactions are vital for the development of a multicellular organism. As a result, complexity theory can be a fundamental tool to understand how diverse developmental and evolutionary processes occur. However, in most scientific programs these two fields are separated. In an effort to create a connection between the Evo-devo and complexity science, this article shows how the cell dynamics of epithelia can display behaviours with similar features to complex systems. Here, I propose that these cell dynamics, in addition to control cell density in epithelia, can provide high evolvability to this type of tissue. To achieve this goal, I used a as a systems the development of Drosophila melanogaster front legs. First, I provide an example in which order at the tissue level emerge from apparently random cell dynamics. Then, I show that small modifications in epithelial cellular components can produce highly organized or the opposite random cell dynamics. Therefore, this work shows that a developing epithelium displays signs of complex behaviours and I propose that the feedback between tension and cellular processes are key for understanding how multicellular organisms development and evolve. Such studies may reveal the mechanistic basis of complex processes that bridge several levels of organization.