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La primera autora de un paper que se publicó en el Journal of Theoretical Biology responde cinco preguntas sobre su trabajo. Éste es el segundo cuestionario de la flamante sección “Papers en primera persona” del Instituto Balseiro.

Fecha de publicación: 03/11/2017

Laila Kazimierski está realizando el Doctorado en Física en el Instituto Balseiro (CNEA-UNCuyo). Es oriunda de la ciudad de Buenos Aires y vive desde 2014 en Bariloche, donde investiga en el grupo de Física Estadística e Interdisciplinaria del Centro Atómico Bariloche. En un paper publicado en el Journal of Theoretical Biology, reporta en equipo con otros físicos los resultados de un modelo computacional de dispersión de semillas basada en el comportamiento de animales.

Kazimierski es Licenciada en Ciencias Físicas por la Universidad de Buenos Aires y en su doctorado es co-dirigida por los investigadores y profesores del Instituto Balseiro Guillermo Abramson y Marcelo Kuperman. Ambos firman el paper con ella y también Horacio Wio, de España. La joven física, que es becaria del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), estudia a la par la Licenciatura en Letras en la Universidad Nacional de Río Negro.

“Es importante abordar el estudio de sistemas complejos, como lo son los sistemas biológicos, desde diferentes disciplinas. Actualmente hay muchas escuelas y congresos que se dedican al estudio de este tipo de sistemas a los cuales asisten biólogos, físicos y matemáticos, entre otros. En nuestro caso, somos físicos que trabajamos en colaboración con biólogos del Laboratorio Ecotono de la UNComa”, contó la joven y agrega que los físicos aportan herramientas matemáticas y computacionales para simular estos sistemas complejos y así aprender más sobre su funcionamiento.

-¿Cómo surgió la idea de desarrollar este modelo para estudiar la propagación de las semillas de las plantas?
-El sistema biológico que nos inspira es la relación entre el marsupial Dromiciops gliroides (conocido como monito del monte) y el muérdago parásito Tristerix corymbosus (quintral), que son especies clave del bosque templado patagónico. Cada una vive gracias a la otra: el monito del monte se alimenta principalmente del fruto del quintral, y una nueva semilla de quintral germinará una vez que haya pasado por el tracto digestivo del monito del monte previamente a su deposición. Debido a esto, los sitios que ocupará la nueva generación de quintral dependerán de los recorridos por el marsupial. Estudiar cómo se propagan las semillas, entonces, es una parte clave del estudio del sistema biológico que conforman.

-Con su trabajo buscan describir la propagación de semillas a través de animales y hablan acerca de ondas y del rol de la demora en liberar las semillas…
-La dispersión de las semillas determina los patrones espaciales de las poblaciones de plantas. La capacidad de las plantas para propagarse más o menos rápidamente e invadir áreas más grandes es crucial para su supervivencia. Aún hay mucho por aprender acerca de cómo las semillas viajan largas distancias. La ubicación de plantas cuyas semillas son dispersadas por animales será función del movimiento que éstos realicen y del tiempo que tarden en depositarlas luego del paso por su intestino. Así es que la tasa de dispersión y el patrón espacial de la distribución de plantas retroalimenta las características de la dispersión de semillas a través de sus efectos sobre los movimientos de los animales.

-¿Podrías contar de forma simple, para un público general, ¿cuál considerás que ha sido el principal aporte que muestran en este paper?
-Nuestro trabajo presenta un modelo de dispersión de semillas: nos centramos en los efectos inducidos por el retraso característico entre el consumo y la deposición de semillas sobre la velocidad de dispersión de la vegetación. Nuestro modelo incluye muchos aspectos de este ciclo de dispersión de semillas: un animal come fruta, se desplaza por el espacio siguiendo ciertas reglas y, después de un tiempo, deposita las semillas en un lugar diferente, donde eventualmente crecerá una nueva planta. Abordamos desde un enfoque matemático la propagación de nuevas generaciones de plantas como ondas viajeras en forma de frentes de invasión que van avanzando en el espacio, ocupando cada vez más lugar con cierta velocidad. Mostramos, específicamente, cómo la deposición retrasada proporcionada por los animales mejora la velocidad de propagación de un frente de vegetación.

-En sistemas reales a veces se observan altos porcentajes de propagación de las plantas, a una velocidad superior a la esperada. ¿Podrías explicar qué es la paradoja de Reid y cómo ustedes sugieren su resolución?
-La distribución actual de muchas plantas es resultado de la migración posglacial del Holoceno. Debido a un cambio en las condiciones climáticas, hubo un fuerte cambio en la vegetación pero las tasas de migración indican que no son compatibles con las distancias de dispersión medidas: la tasa de propagación parece increíblemente grande en relación a las distancias promedio de dispersión de semillas. Nuestro trabajo hace un aporte a una posible hipótesis que resolvería ésta paradoja, llamada Paradoja de Reid: la propagación de semillas es más rápida gracias a la mediación de animales dispersores. En nuestro modelo, el coeficiente de difusión de los animales junto con el tiempo de tránsito intestinal de semillas (o su retraso equivalente en otros mecanismos de transporte) determinan la velocidad de propagación del frente de vegetación.

-¿Qué es lo que más te gustó de hacer este trabajo?
-En este trabajo realizamos un desarrollo matemático analítico teniendo en cuenta a cada paso el sistema ecológico que nos inspira a hacerlo. En sí, fue una cuenta que nos llevó meses resolver. Entiendo que esto pueda parecer una locura pero a mí me pareció de lo más estimulante.

 

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San Carlos de Bariloche, 03/11/2017

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Uno de los autores de un paper que se acaba de publicar en la revista Plos One responde cinco preguntas sobre su trabajo. Con este primer cuestionario, el Instituto Balseiro inaugura la sección “Papers en primera persona” dentro de la Sección de noticias de este sitio web.

Fecha de publicación: 18/08/2017

Un estudiante de doctorado y dos docentes del Instituto Balseiro acaban de publicar un paper en la revista Plos One. Su artículo se titula “Mecanismos para especificidad de patrones en estimulación cerebral profunda en la enfermedad de Parkinson”.

Los autores son tres físicos: el doctorando Osvaldo Matías Velarde; el Dr. Germán Mato, docente del Instituto Balseiro e investigador del grupo de Física Estadística e Interdisciplinaria del Centro Atómico Bariloche (CAB); y el Dr. Damián Dellavale, también docente en el Balseiro e investigador del grupo de Bajas Temperaturas del CAB.

El Dr. Dellavale aceptó el desafío de explicar en primera persona el paper recién publicado en Plos One, a partir de un cuestionario del Área de Comunicación del instituto. Aquí están los resultados:

-¿De qué se trata la técnica de estimulación cerebral profunda?
-La estimulación cerebral profunda es una técnica clínica utilizada para el tratamiento de enfermedades neurológicas como el mal de Parkinson. En la actualidad se aplica en casos donde la medicación produce efectos secundarios severos o no produce una mejora efectiva en los síntomas del paciente. Esta técnica consiste en la utilización de una señal eléctrica para estimular en forma crónica una región específica del cerebro. Esta señal eléctrica es provista por un dispositivo electrónico (chip), el cual se implanta en el paciente. En casos avanzados de mal de Parkinson, la estimulación eléctrica se aplica en una región cerebral conocida como los ganglios de la base. De esta manera se consigue reducir la intensidad de los síntomas del paciente, mejorando así su calidad de vida.

-¿Desde cuándo se utiliza esta técnica y qué se sabe sobre cómo funciona?
-En 1987 el neurocirujano francés Alim Louis Benabid publicó el primer trabajo referido a la mejora sintomática de un paciente con mal de Parkinson debido a la aplicación de una estimulación eléctrica en una región profunda del cerebro. En ese momento surgió la inevitable pregunta: ¿Cuáles son los mecanismos involucrados en la estimulación cerebral profunda?. Se trata de una pregunta compleja que aún hoy, luego de 30 años de la observación de Benabid, no ha sido respondida en forma completa.

-¿Cuál es su principal aporte en este trabajo publicado en PLOS ONE?
-En nuestro trabajo utilizamos herramientas matemáticas para mejorar la comprensión sobre cómo interactúa la estimulación eléctrica externa con los ganglios de la base en el contexto del mal de Parkinson. Encontramos que muchos aspectos de esa interacción pueden ser explicados considerando el comportamiento de grupos, redes, de neuronas, sin tener en cuenta los detalles particulares de las neuronas individuales.

-¿Y qué hallaron?
-Por ejemplo, en la práctica clínica los ganglios de la base se estimulan utilizando pulsos eléctricos que se repiten regularmente en el tiempo. En una cantidad significativa de pacientes, estos trenes de pulsos resultan efectivos para mejorar los síntomas solo si su separación temporal es del orden de 0.01 seg. (100Hz). El mecanismo descripto en nuestro trabajo es capaz de explicar en forma cuantitativa esta observación clínica. Dicho mecanismo también propone una explicación para la observación experimental según la cual los trenes de pulsos periódicos en el tiempo son más efectivos que los trenes de pulsos irregulares.

-¿Cuáles son los siguientes pasos?
-En la parte final del trabajo se reportan una serie de predicciones que surgen del análisis de los modelos propuestos. Por ejemplo, considerando las escalas temporales utilizadas actualmente en la técnica de estimulación cerebral profunda nuestros modelos predicen que el efecto a nivel de la red neuronal resulta independiente de la forma de los pulsos que conforman la estimulación eléctrica. Este aspecto resulta importante, ya que uno podría imaginar la utilización de pulsos cuya forma minimice la degradación del tejido nervioso local que rodea al electrodo de estimulación, pero que a nivel de la red neuronal, conserve su capacidad de mejorar los síntomas del paciente. Estas predicciones son susceptibles de ser verificadas (o refutadas) en forma experimental con el estado actual de la tecnología involucrada en la técnica de estimulación cerebral profunda.

Link al paper publicado en Plos One, aquí.

 

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