Cómo se forman los patrones geométricos en la nariz de perros y otros mamíferos

Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) ha descubierto cómo la forma y los surcos presentes en el rinario de varios mamíferos, como perros, vacas y hurones, se originan gracias a un proceso geométrico y mecánico. Esta investigación, publicada en la revista Current Biology, revela que estos patrones no son resultado de factores genéticos preestablecidos, sino que emergen durante el desarrollo embrionario a través de la interacción entre el crecimiento desigual de las capas de la piel y la presencia de vasos sanguíneos subyacentes.

Según el comunicado de la UNIGE, el profesor Michel Milinkovitch, líder del estudio, explicó: “Nuestra última investigación se centró en el rinario de los perros, cuya piel presenta una red particular de estructuras poligonales”. Estas estructuras no solo ayudan a mantener el rinario húmedo, facilitando la recolección de moléculas odoríferas, sino que también ofrecen pistas sobre cómo otros patrones biológicos podrían formarse durante el desarrollo.

El estudio se basó en técnicas avanzadas de microscopía, como la “fluorescencia de hoja de luz”, que permitió obtener imágenes tridimensionales de alta resolución de los rinarios de embriones. Este tipo de microscopía reveló que los surcos en la piel nasal, que forman una red de polígonos, se desarrollan a partir de un proceso mecánico. “La proliferación de las células en la epidermis es más rápida que en la dermis, lo que genera tensiones que se concentran en las áreas donde se encuentran los vasos sanguíneos”, detalló Milinkovitch en el comunicado de la universidad.

Paule Dagenais, investigadora postdoctoral y primera autora del estudio, explicó que el fenómeno observado se debe a la interacción entre las capas de la piel y los vasos sanguíneos: “Nuestros modelos numéricos muestran que el crecimiento excesivo de la epidermis genera un estrés mecánico que se concentra en la posición de los vasos sanguíneos, que actúan como pilares rígidos. Este estrés empuja a la epidermis hacia afuera, formando pequeños dômes, similares a bóvedas levantadas contra pilares”. Así, los surcos en la piel coinciden con la posición de estos vasos.

Uno de los hallazgos más sorprendentes de esta investigación es que el patrón de surcos no está determinado genéticamente. Según el estudio, los surcos observados en los rinarios de los animales estudiados se forman a través de un proceso de autoorganización mecánica. “Este fenómeno, que llamamos ‘información posicional mecánica’, se describe por primera vez en este contexto”, afirmó Milinkovitch.

Este proceso implica que las propiedades físicas de los tejidos guían el desarrollo de los patrones en la piel, sin que intervengan señales químicas o genéticas específicas. Esto abre una nueva perspectiva para entender cómo se forman otras estructuras biológicas, como las huellas dactilares o las arrugas de la piel.

El equipo también analizó los patrones en vacas clonadas y descubrió que los surcos en la piel de los clones son tan variables como los de animales no clonados. Esto confirma que la distribución de los vasos sanguíneos en el rinario es estocástica y no sigue una pauta genética.

“Los clones muestran el mismo nivel de variabilidad que los animales no relacionados genéticamente, lo que sugiere que la formación de estos patrones está más relacionada con la autoorganización que con una programación genética”, concluyó el investigador.

Este descubrimiento tiene implicaciones más amplias. No solo permite entender cómo se forman los surcos en el rinario de los mamíferos, sino que también puede ofrecer pistas sobre cómo se desarrollan otras estructuras biológicas complejas. De hecho, la formación de patrones geométricos no es exclusiva de los mamíferos. Como señaló Milinkovitch, “la naturaleza nos ofrece numerosos ejemplos de patrones geométricos, desde las rayas de las cebras hasta las espirales de las piñas”.

El fenómeno de autoorganización no es nuevo en la biología, pero en este caso se destaca el papel central que juega la mecánica en el desarrollo de estos patrones. Los investigadores utilizaron simulaciones numéricas para demostrar cómo la diferencia de rigidez entre la epidermis y la dermis, combinada con la posición de los vasos sanguíneos, determina el patrón final de surcos en el rinario.

El equipo de la UNIGE, en colaboración con otras instituciones, incluidas la Universidad Paris-Saclay y la Escuela Nacional Veterinaria de Alfort, ha establecido un nuevo marco para comprender cómo se forman patrones en la piel de los mamíferos.

Al observar que los vasos sanguíneos actúan como “puntos rígidos” alrededor de los cuales se organizan los pliegues de la piel, los científicos han abierto la puerta a nuevas investigaciones sobre la relación entre las propiedades físicas de los tejidos y el desarrollo embrionario.

Este hallazgo podría tener aplicaciones en el estudio de otras estructuras biológicas complejas, como los pliegues del cerebro o las arrugas de la piel. Como concluyó Milinkovitch en el comunicado de la Universidad de Ginebra, “no dudamos que este mecanismo permitirá explicar la formación de otras estructuras biológicas relacionadas con los vasos sanguíneos”.