Una nueva teoría mide el impacto de la temperatura en distintos procesos biológicos

UC/DICYT Ignacio Arroyo, estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias Biológicas, estaba trabajando en la generación de una modelo que permitiera medir el impacto de la temperatura sobre la abundancia y diversidad de microrganismos, y además incluir el impacto de otras variables importantes como el pH o acidez.

Durante el desarrollo de esta investigación asociada a su tesis doctoral, se dio cuenta que el modelo que tradicionalmente se utilizaba para esto no era muy adecuado, porque no era capaz de predecir el impacto del cambio en la temperatura en todos los casos.

“Ahí fue que nos dimos cuenta que habían otras teorías que permitían explicar la relación de la temperatura, que eran más nuevas y más completas”, cuenta Pablo Marquet, profesor del departamento de Ecología de la Facultad de Ciencias Biológicas. Así llegaron a la ecuación de Eyring, que relaciona la velocidad de reacción con la temperatura, y que es utilizada principalmente en cinética química.

“Ignacio empezó a trabajar con esa ecuación y empezó a ver maneras de las cuales podía adaptar esa teoría para poder explicar no solo cosas químicas, sino procesos que implican dinámicas a distintos niveles de organización en distintos tipos de organismos y ecosistemas ”, cuenta el académico.

Así fue como los investigadores midieron muchos tipos de procesos que tienen que ver con temperatura: actividad enzimática, tamaños corporales, carbono, tiempo generacional, tasa metabólica, tasa de mutación, riqueza de especies y fecundidad en distintos tipos de organismos, desde bacterias, células eucariotas, unicelulares, ectotermos (insectos, reptiles o peces), endotermos (aves y mamíferos), virus, hasta multicelulares como nosotros los humanos.

Uno de los problemas que debieron enfrentar, es que en la ecuación original había un elemento, llamado la "constante de Planck”, que es importante al describir fenómenos que ocurren a nivel cuántico, a escalas espaciales pequeñas, como sistemas atómicos y subatómicos. “Pero nosotros trabajamos con organismos”, puntualiza el profesor, es decir, en otra escala, con elementos más grandes.

Ahí es cuando se sumaron los investigadores Christopher P. Kempes y Geoffrey B. West, del Instituto de Santa Fe, Estados Unidos. “Ellos nos permitieron entender mejor la teoría cuántica que hay detrás del desarrollo original, y cómo pasar de una escala a otra”, detalla el profesor Marquet.

El resultado de todo este trabajo es una tesis general para medir el impacto de la temperatura en fenómenos biológicos, de manera muy amplia, que fue publicada en la destacada revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), en su vol. 119 nº 29. (Ver artículo "A general theory for temperature dependence in biology")

Como afirma el profesor Pablo Marquet: “Esta teoría permite dar nuevas luces en diversos procesos, desde la síntesis de productos o la mutación de virus, hasta el impacto del cambio climático. Creemos que es un trabajo fundacional para explicar dinámicas desde la escala cuántica a la clásica, integrando procesos y teorías de la química, la física y la biología. Una muestra clara de lo que el trabajo interdisciplinario es capaz de alcanzar”.

	Referencia
	Arroyo, J. I., Díez, B., Kempes, C. P., West, G. B., & Marquet, P. A. (2022). A general theory for temperature dependence in biology. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(30), e2119872119.