Descubren cómo el embrión se esculpe a sí mismo mediante dos fuerzas coordinadas
Durante los primeros compases de la vida, el embrión del pollo despliega una coreografía de fuerzas internas que esculpen su forma y tamaño con precisión asombrosa. Un nuevo estudio revela cómo la física y la biología se alían para dar forma al cuerpo desde una simple lámina de células.
Por Enrique Coperías
Sistema nervioso de un embrión de pollo de siete días. Cortesía: Dr. Martina SchaettinDr. Fabian F. Voigt / University of Zurich / Department of Molecular Life Sciences Zurich / 2021 Photomicrography Competition
¿Qué tienen en común una hoja de células, una marea de fluidos y una obra de arquitectura? Aunque parezca una pregunta sacada de un juego de adivinanzas, es el punto de partida de una investigación pionera que revela cómo los embriones de aves logran, con precisión milimétrica, esculpir su cuerpo a partir de una lámina celular casi plana.
La clave está en el equilibrio de fuerzas internas y externas, en flujos de tejidos que recuerdan a corrientes marinas y en una lógica mecánica que parece más propia de la física que de la biología.
Un equipo interdisciplinar de investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), la Universidad de California en San Diego (Estados Unidos) y la Universidad de Dundee (Reino Unido) ha desentrañado los mecanismos físicos que determinan el tamaño y la forma del embrión del pollo durante la gastrulación, una fase crítica del desarrollo embrionario.
Embrión de pollo: modelo clave para entender cómo se forma el cuerpo
Publicado en Nature Communications, el estudio combina modelos matemáticos, observaciones experimentales de embriones vivos de pollo y principios de física de fluidos para ofrecer una respuesta fascinante a una antigua pregunta de la biología del desarrollo.
En pocas palabras, los científicos descubrieron que el tamaño y la forma del embrión no están dictados por un único proceso biológico, sino que son el resultado de dos fuerzas coordinadas pero independientes: una que regula el crecimiento del embrión y otra que da forma a su contorno.
«Este hallazgo demuestra que el embrión no se moldea de forma pasiva, sino que ejerce un control activo y modular sobre cómo se construye a sí mismo», explica Guillermo Serrano Nájera, uno de los autores principales del trabajo que trabaja en el Departamento de Genética de la Universidad de Cambridge.
¿Qué es la gastrulación y por qué es crucial en el desarrollo embrionario?
Durante la gastrulación, que comienza alrededor de las seis a ocho horas de incubación en el embrión de pollo, una lámina circular de unas 60.000 células conocida como el epiblasto empieza a transformarse en una estructura con un eje corporal bien definido.
Para ello, las células se reorganizan, migran y se hunden en el interior del embrión hasta formar las tres capas germinales que darán lugar a todos los órganos del cuerpo:
✅ El ectodermo, la capa externa del embrión que da origen al sistema nervioso, la piel y otras estructuras externas.
✅ El mesodermo, la capa media del embrión que forma músculos, huesos, corazón y órganos del aparato circulatorio y excretor.
✅ El endodermo, la capa interna del embrión que da origen al sistema digestivo, respiratorio y a órganos como el hígado y el páncreas.
En esta transformación, dos actores principales interactúan:
✅ El epiblasto central, que formará el cuerpo del ave.
✅ Un anillo periférico de tejido extraembrionario, cuya función principal es proteger y alimentar al embrión.
Tradicionalmente, se pensaba que este anillo extraembrionario era una estructura auxiliar, pero este estudio demuestra que su influencia es decisiva en el modelado del embrión.
Imagen experimental de un embrión de pollo en gastrulación que muestra dos proteínas: miosina (cian) y actina (rojo), destacando los ejes corporales principales y las regiones donde se generan las fuerzas dominantes (zonas en cian). Cortesía: Guillermo Serrano Najera
Fuerzas físicas que moldean el embrión: epibolia vs. contracción interna
Mientras que el anillo periférico de tejido extraembrionario se expande hacia el exterior mediante un proceso llamado epibolia —una especie de despliegue de células hacia la periferia impulsado por células del borde que reptan sobre la membrana vitelina—, el epiblasto central genera una fuerza contraria mediante contracciones celulares internas impulsadas por una proteína conocida como miosina.
Este equilibrio de fuerzas determina el tamaño final del embrión. Si la epibolia tira demasiado fuerte, el embrión se estira; si la contracción del epiblasto central predomina, el embrión se comprime.
«Es como una cuerda tirada desde ambos extremos —dice Mattia Serra, del Departamento de Física en la Universidad de California en San Diego. Y continúa—: El punto de equilibrio determina el tamaño. Pero además, descubrimos que la forma del embrión —esa transición tan reconocible de disco a gota de agua o pera— no depende de este tirón, sino de un mecanismo completamente distinto».
Descubrimiento de dos repulsores celulares en el desarrollo embrionario
Para desentrañar este segundo mecanismo, los investigadores recurrieron a un concepto tomado de la física de fluidos: los repulsores cinemáticos. Se trata de líneas invisibles que separan flujos celulares divergentes. En términos sencillos, son regiones dentro del embrión donde las trayectorias de las células tienden a alejarse entre sí.
A través de un análisis llamado Dynamic Morphoskeleton (DM), los científicos identificaron dos repulsores clave: uno en el límite entre el epiblasto central y los los tejidos extraembrionarios, llamado R1; y otro que divide la región mesendodérmica en dos mitades anterior y posterior (R2).
Además, hallaron una tercera estructura: un atractor, que funciona como una especie de punto de encuentro donde convergen los movimientos celulares para formar la línea primitiva, el primer eje del cuerpo.
Una forma que es la pera
Gracias a un modelo matemático que simula los movimientos celulares, los investigadores mostraron que R1 es consecuencia directa de la oposición entre epibolia y contracción del epiblasto.
R2, en cambio, surge de un proceso completamente distinto: la intercalación celular activa en la región mesendodérmica, dirigida por cables de actomiosina que reordenan las células en una dirección específica.
Este proceso no depende de la epibolia y es responsable de que el embrión adquiera una forma alargada hacia la parte posterior, lo que da lugar a la forma de pera característica.
Experimentos con embriones de pollo: validación de modelos físicos
Para validar sus predicciones, los científicos desarrollaron un modelo computacional capaz de simular quince horas de desarrollo embrionario a partir de parámetros iniciales como la distribución de miosina, la orientación de los cables y la velocidad de expansión de los tejidos extraembrionarios.
Después, llevaron a cabo una serie de experimentos con embriones de pollo que confirmaron las predicciones del modelo.
En uno de los experimentos más innovadores, bloquearon la epibolia cauterizando la membrana vitelina —una capa que rodea al embrión y lo separa del vitelo, ayudando en la protección y el intercambio de nutrientes— para impedir que las células del borde se desplazaran hacia el exterior.
El resultado fue claro: el embrión dejó de expandirse, y el repulsor R1 desapareció. Sin embargo, el embrión siguió cambiando de forma y formando una línea primitiva, lo que demuestra que el mecanismo de forma (R2) opera de manera independiente.
Un equipo interdisciplinar de las universidades de Cambridge, California en San Diego y Dundee ha revelado los mecanismos físicos que controlan el tamaño y la forma del embrión de pollo durante la gastrulación, una etapa clave del desarrollo embrionario. En la imagen, embrión de pollo de 4 días. Cortesía: Dr. Richard N. FeinbergGreg Holmes / UMDNJ (University of Medicine and Dentistry, New Jersey) / 1984 Photomicrography Competition
Independencia modular: forma y tamaño del embrión se controlan por separado
En otra prueba, los investigadores bloquearon la formación del mesodermo mediante un inhibidor químico de los receptores FGF. Esto eliminó R2 y el atractor, pero dejó intacto a R1. Además, el embrión mantuvo su tamaño pero no cambió de forma, ni desarrolló una línea primitiva.
Finalmente, al bloquear tanto la epibolia como la inducción mesodérmica, el embrión quedó inmóvil, sin repulsores ni deformaciones significativas.
«Es como si hubiéramos desenchufado ambos motores del sistema —explica Nájera—. Y lo más sorprendente es que estos mecanismos no solo son independientes, sino que son combinables. Podemos modularlos por separado y obtener distintos resultados de desarrollo».
Implicaciones evolutivas de los nuevos hallazgos
Más allá de los aspectos técnicos, este trabajo tiene implicaciones profundas para la comprensión del desarrollo embrionario y su evolución. El hecho de que los mecanismos de tamaño y forma puedan separarse y manipularse de forma modular sugiere que la gastrulación es un proceso más flexible y adaptable de lo que se creía.
En estudios previos, los autores ya habían demostrado que se puede modificar la forma del atractor —es decir, el tipo de movimiento convergente que da lugar a la línea primitiva— alterando ligeramente la forma o comportamiento inicial de las células mesendodérmicas. Esto significa que distintas especies podrían haber evolucionado mecanismos de gastrulación muy diferentes partiendo de un mismo esqueleto dinámico subyacente.
Además, el descubrimiento de que los embriones pueden desarrollarse razonablemente bien incluso sin epibolia —aunque con cuerpos más pequeños— cuestiona la idea de que ciertos movimientos tisulares son imprescindibles. En realidad, podrían haberse incorporado evolutivamente para mejorar la eficiencia, pero no son estrictamente necesarios para que se forme un organismo funcional.
Aplicaciones en ingeniería de tejidos, medicina regenerativa y biología sintética
Este estudio es también un ejemplo paradigmático de cómo la combinación de disciplinas puede arrojar luz sobre cuestiones complejas. Al unir biología del desarrollo con física de sistemas activos, análisis de flujos y modelado computacional, los investigadores han logrado captar aspectos del desarrollo embrionario que pasaban desapercibidos en enfoques más tradicionales.
«Cuando pensamos en un embrión, solemos imaginar algo gobernado por genes y señales químicas —dice Serra. Y continúa—: Pero lo que hemos demostrado aquí es que también hay una física profunda en juego. La geometría, las fuerzas y los flujos son igual de fundamentales para que un cuerpo se forme correctamente».
La investigación no solo ofrece una nueva perspectiva sobre cómo se moldea la vida desde sus primeros momentos, sino que también abre la puerta a aplicaciones futuras en ingeniería de tejidos, medicina regenerativa y biología sintética. Si entendemos cómo un embrión controla su forma y tamaño, podríamos aprender a hacer lo mismo en el laboratorio, cultivando órganos o estructuras biológicas con precisión milimétrica.
En definitiva, el estudio revela un principio elemental pero poderoso: para que algo tan complejo como un cuerpo surja, hace falta más que instrucciones genéticas. Hace falta una danza cuidadosamente orquestada de fuerzas físicas y estructuras invisibles que separan, atraen y esculpen, paso a paso, la arquitectura de la vida. ▪️
Información facilitada por la Universidad de California en San Diego
Fuente: Serrano Nájera, G., Plum, A.M., Steventon, B. et al. Control of tissue flows and embryo geometry in avian gastrulation. Nature Communications (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-60249-8
