Sistemas y Procesos Biológicos
Actualmente cinco de los grupos involucrados en este proyecto (UAM, UPM, URJC, GISC-UC3M y CAB) trabajan esta línea. Su actividad se agrupa en tres objetivos fundamentales: membranas, cuasiespecies y ecosistemas. Las dificultades para tratar estos sistemas son de dos clases. Por un lado, la ingente cantidad de datos experimentales disponibles requiere métodos nuevos con que extraer la información relevante. Por otro, la complejidad de estos ha requerido enormes simplificaciones para simularlos. Un mayor conocimiento de su biología, junto con una mayor capacidad de computación, permitirán simular modelos más realistas.
Membranas: La adsorción de vesículas sobre superficies [Nol95] y el flujo de vesículas en capilares [Kra96] son muy importantes en muchos contextos biológicos y físico-químicos. Pese al incremento del interés experimental problemas, los pocos modelos teóricos a menudo omiten factores relevantes como la estructura y flexibilidad de la capa, su fluidez transversal, la presencia de interacciones locales con el sustrato, etc., propiedades que pueden llegar cambiar el comportamiento colectivo e incluso inducir transiciones de fase [Rui09]. Por otro lado, los filamentos proteínicos desempeñan un papel muy relevante en la célula, ya que proporcionan estabilidad mecánica y definen forma de las bacterias. La proteína FtsZ desencadena una agregación proteínica que forma el anillo septal, artífice división celular. El microscopio de fuerza atómica (AFM) ha proporcionado imágenes de la polimerización de cadenas FtsZ, que nos permiten desarrollar modelos simples con los que entender la física del anillo septal [Hör09].
Cuasiespecies: Las poblaciones formadas por un gran número de individuos que mutan rápidamente son heterogéneas genotípica y fenotípicamente [Eig77]. Tales poblaciones (cuasiespecies) tienen propiedades evolutivas y organizativas distintas de las poblaciones homogéneas [Tar92]. Las teorías actuales muestran importantes desacuerdos con las observaciones en sistemas naturales, tales como virus y moléculas de ARN (que permiten observar la evolución en tiempo real). Estas muestran la necesidad de la diversidad genómica (secuencias), la diversidad en estructura secundaria (mediante algoritmos de plegamiento de cadenas de ARN) y la diversidad fenotípica (capacidad replicativa e infectiva, estrategias "defectivas" vs. "altruistas" en virus, competición entre especies...) [Sti07]. También muestran que las características ambientales pueden determinar la estructura de la población y su capacidad adaptativa.
Ecosistemas: Los ecosistemas son el siguiente nivel evolutivo por encima de las especies. Se comportan como sistemas complejos que se adaptan a cambios ambientales alterando su composición en respuesta a distintas presiones evolutivas (escasez de recursos, sequías estacionales...). Los ecosistemas resisten incluso la extinción de algunas especies que componen, lo que les da una entidad independiente de éstas [Law99]. Es, de hecho, un reto actual comprender los procesos involucrados en la formación y la evolución de los ecosistemas, así como de la estructura de las redes que ellos resultan [Bas09]: su ensamblado, las relaciones ecológicas entre especies, la selección de estrategias en función los nichos disponibles o la capacidad de responder a perturbaciones externas.
