Los diminutos tardígrados caminan como insectos 500.000 veces más grandes

¿No hay nada que el diminuto tardígrado no pueda hacer? Más conocidos como osos de agua (o “cerditos de musgo”), estos sorprendentes microanimales pueden sobrevivir en las condiciones más duras: presión extrema, temperatura extrema, radiación, deshidratación, inanición e incluso exposición en el espacio exterior.  Esta resistencia los convierte en uno de los casos de estudio favoritos de los científicos.

A principios de este año, investigadores de la Universidad Rockefeller examinaron el característico modo de andar del oso de agua y llegaron a la conclusión de que el movimiento de la criatura se asemeja al de los insectos 500.000 veces más grandes, según un artículo en agosto en la revista Proceedings of the National Academy of Science’s.

Un “preprint” más reciente publicado este mes en el arXiv de física afirma -controversialmente, hay que decirlo- que los tardígrados congelados pueden alcanzar un estado de “entrelazamiento cuántico temporal” cuando se incorporan a un qubit superconductor (la unidad básica de información de la computación cuántica), y luego ser revividos de nuevo. Si los resultados se mantienen después de la revisión por pares, sería la primera vez que un animal vivo logra un estado de entrelazamiento cuántico.

“Caminantes lentos”

El apodo de “oso de agua” nos llega por cortesía del zoólogo alemán Johann August Ephraim Goeze, que observó por primera vez a estas criaturas en 1773 y las llamó kleiner Wasserbär (“pequeño oso de agua”). Un biólogo italiano llamado Lazzaro Spallanzani denominó a las criaturas tardígrados en 1777, del latín Tardigradum (“caminante lento”).

Ambos apelativos se inspiran en la lentitud y la lentitud de las criaturas, así como en su extraño cuerpo en forma de barril con cuatro pares de patas rechonchas. La mayoría de los microanimales del volumen de los tardígrados (que sólo miden unos 0,02 centímetros de largo) ni siquiera tienen patas, de ahí el interés del equipo de Rockefeller por estudiar más a fondo sus movimientos.

“Los tardígrados tienen una forma robusta y clara de moverse; no son esas cosas torpes que van dando tumbos por el desierto o la hojarasca”, dijo Jasmine Nirody, del Centro de Estudios de Física y Biología de Rockefeller, coautora del artículo de PNAS. “Las similitudes entre su estrategia de locomoción y la de insectos y artrópodos mucho más grandes abre varias cuestiones evolutivas muy interesantes”.

Ergo, “los tardígrados son una importante puerta de entrada a la locomoción a microescala de cuerpo blando”, dijo, con el potencial de ofrecer una visión de cómo construir robots a microescala más eficientes. “No sabemos mucho sobre lo que ocurre en los extremos de la locomoción: cómo hacer un caminante pequeño y eficiente, o cómo deberían moverse las cosas de cuerpo blando”.

Inicialmente, Nirody et al. colocaron los osos de agua en portaobjetos de cristal, pero los portaobjetos eran tan resbaladizos que los tardígrados no podían impulsarse por la superficie de forma muy eficiente. Necesitaban poder clavarse en una superficie y empujarse con sus garras. Así que los investigadores sustituyeron los portaobjetos de cristal por geles. A continuación, instalaron microscopios y cámaras en el laboratorio para recoger horas y horas de imágenes de los movimientos de las criaturas, que el equipo revisó.

“Si observas a los tardígrados bajo un microscopio de luz durante el tiempo suficiente, puedes captar una amplia gama de comportamientos”, dijo Nirody. “No les obligamos a hacer nada. A veces se mostraban muy tranquilos y sólo querían pasearse por el sustrato. Otras veces, veían algo que les gustaba y corrían hacia ello”.

Cuando sólo paseaban, los osos de agua se movían generalmente a un ritmo de media longitud corporal por segundo, que aumentaba a dos longitudes corporales por segundo cuando galopaban a toda velocidad.  El equipo se sorprendió al observar que los osos de agua no tenían una marcha distinta para cada velocidad, como los caballos cuando pasan de caminar a galopar. Más bien, su locomoción se asemeja a la de los insectos y artrópodos, correteando cada vez más rápido sin cambiar el patrón básico de los pasos.

En concreto, a medida que los tardígrados aceleraban, pasaban de tener cinco patas en el suelo, a cuatro patas en el piso y a tres patas en el piso, al igual que los insectos y los artrópodos, a pesar de la diferencia evolutiva de 20 millones de años entre ellos. “Lo que esto significa es que a pesar de tener estructuras corporales completamente diferentes, tamaños de cuerpo y entornos por los que se mueven, hay algo en este esquema de coordinación particular que es eficiente a través de todas estas condiciones”, aseguró Nirody a Live Science.

Hay dos hipótesis principales sobre por qué podría ser así. Quizá los osos acuáticos, los insectos y los artrópodos compartan ancestros comunes que tenían un circuito neural común. Otra posibilidad es que los organismos hayan evolucionado esta forma de andar de forma independiente a través de la selección natural.

“Si existe algún sistema neural ancestral que controle toda la marcha de los panartrópodos, tenemos mucho que aprender”, mencionó Nirody. “Por otra parte, si los artrópodos y los tardígrados convergieron en esta estrategia de forma independiente, entonces hay mucho que decir sobre lo que hace que esta estrategia sea tan apetecible para las especies en diferentes entornos”.

¿El tardígrado de Schroedinger?

La biomecánica es intrigante, pero los tardígrados también pueden ser capaces de realizar hazañas cuánticas únicas cuando están en estado de hibernación (tun), según el físico cuántico Vlatko Vedral de la Universidad de Oxford, uno de los coautores del reciente preprint arXiv. El entrelazamiento es uno de los aspectos más extraños de la mecánica cuántica, por el que dos partículas subatómicas pueden estar tan estrechamente conectadas que una puede parecer que influye en la otra incluso a través de largas distancias. Es tan contraintuitivo que Albert Einstein lo bautizó como “espeluznante acción a distancia”.

No obstante, el entrelazamiento cuántico es un fenómeno muy real; sin él, los ordenadores cuánticos serían imposibles. De hecho, como informamos en 2019, los físicos enredaron con éxito un récord de 20 qubits para lograr una versión del gato de Schroedinger en el laboratorio.

Aunque normalmente se observa a nivel subatómico, un estudio de 2018 descubrió que ciertas bacterias fotosintéticas podían enredarse con los fotones de la luz en las circunstancias adecuadas. (Según Live Science, esas condiciones surgen “cuando la frecuencia resonante de la luz en una habitación con espejos finalmente se sincroniza con la frecuencia de los electrones en las moléculas fotosintéticas de las bacterias”).

Pero nunca se ha logrado el entrelazamiento con un organismo multicelular. Verdal et al. recogieron tres tardígrados de un canalón del tejado en Dinamarca, y luego los congelaron hasta que entraron en su estado de túnel, reduciéndose a un tercio de su tamaño normal en el proceso. A continuación, el equipo enfrió aún más a los tardígrados, hasta situarlos justo por encima del cero absoluto.

A continuación, colocaron cada tardígrado entre dos placas de condensador de un circuito superconductor (formando un qubit). La frecuencia de resonancia del qubit se desplazaba ligeramente cuando entraba en contacto con un tardígrado congelado, formando un híbrido qubit-tardígrado. Finalmente, Verdal y sus colegas acoplaron ese híbrido a un segundo qubit y los entrelazaron. Varias pruebas con los qubits entrelazados mostraron un cambio de frecuencia que se producía simultáneamente entre ambos qubits y la tardígrada, como si fueran tres qubits entrelazados. El equipo fue capaz incluso de revivir a los tardígrados una vez concluidos los experimentos.

“Aunque cabría esperar resultados físicos similares de objetos inanimados con una composición parecida a la de los tardígrados, destacamos que el entrelazamiento se observa con [un] organismo entero que conserva su funcionalidad biológica después del experimento”, concluyeron Vedral et al. “Al mismo tiempo, el tardígrado sobrevivió a las condiciones más extremas y prolongadas a las que se ha expuesto”.

Sin embargo, no es probable que veamos pronto ordenadores cuánticos funcionando con tardígrados enredados. La conclusión de Verdal et al. fue recibida con escepticismo inmediato por parte de otros físicos. Por ejemplo, el ex físico convertido en escritor científico Ben Bruabker publicó un largo hilo de Twitter en el que ponía en duda los hallazgos, mientras que el físico de la Universidad de Rice Douglas Natelson opinó en su blog, Nanoscale Views:

Esto no es un enredo en ningún sentido significativo. Si lo fuera, se podría decir por el mismo razonamiento que los qubits están enredados con el sustrato macroscópico del chip de silicio.  El tardígrado no actúa como un único objeto cuántico con un pequeño número de grados de libertad.  La dinámica de los grados de libertad internos del tardígrado no actúa para descohesionar efectivamente el qubit (que es lo que ocurre cuando un qubit está enredado con muchos grados de libertad dinámicos que luego se trazan).

Verdal defendió la controvertida afirmación de su equipo en un podcast reciente de FQXI.

DOI: PNAS, 2021. 10.1073/pnas.2107289118.

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