Físico en el cuerpo de un biólogo
Para perseguir un creciente interés en la evolución que Murray creía que sería más fructífero si se llevaba a cabo en colaboración con físicos, Murray se trasladó de la UCSF -una facultad de medicina sin departamentos de física o biología evolutiva- a Harvard. «Aunque no hice matemáticas formalmente más allá de los 16 años, resulta que pienso de forma bastante similar a muchos de mis amigos físicos», explica. Al igual que los físicos teóricos, dice que desea entender las «reglas del juego». «Cuando era estudiante de posgrado, estaba mal visto preguntar por qué las cosas funcionaban como lo hacían. Se suponía que había que centrarse en los mecanismos», dice Murray. «Pero, en realidad, el ‘cómo’ suele estar moldeado de manera importante por el ‘por qué'».
Hoy en día, gran parte del trabajo de Murray se centra en las levaduras y en cómo responden a los cambios del entorno. «Casi con toda seguridad, sus respuestas están relacionadas con su historia pasada y el equivalente evolutivo del aprendizaje», dice Murray. Los físicos del laboratorio de Murray trabajan en colaboración con el físico de Harvard David Nelson para abordar cuestiones que incluyen el modo en que las poblaciones de organismos, como la levadura, se expanden en el espacio y el tiempo, las fuerzas que controlan esas expansiones y los factores que conducen o impiden la diversificación de las poblaciones en las fronteras en expansión.
«Creo que gran parte del futuro de la investigación biológica está en manos de científicos que dominen tanto el experimento como la teoría», dice Murray. «Así que espero que los estudiantes y postdoctorales que vienen de la física, con una sólida formación en teoría, y que ahora están aprendiendo a hacer experimentos, sean las nuevas criaturas valientes del mañana».
Actualmente, los principales intereses de investigación de Murray consisten en determinar si él y sus colegas pueden forzar a la levadura en el laboratorio a desarrollar nuevas propiedades. Un estudio aborda la cuestión de cómo y por qué los organismos unicelulares se unen para formar grupos multicelulares (9). Murray y sus colaboradores (9) partieron de la idea de que la física de la difusión permite a las células beneficiarse de las células vecinas. En efecto, una sola célula que flota por sí misma utilizando enzimas para convertir las proteínas de su entorno en nutrientes sólo puede captar una pequeña fracción de esos nutrientes. Sin embargo, si una célula está pegada a algunas de sus vecinas, no sólo absorbe una fracción de los nutrientes que crea, sino también, los nutrientes creados por cada una de sus vecinas. De hecho, Murray y sus colaboradores (9) demostraron que, cuando los nutrientes son escasos, la aglomeración da a la levadura una ventaja sobre las células individuales, lo que sugiere que compartir recursos fue un factor impulsor de la evolución de la vida multicelular.
Aunque la física proporciona la base para muchos de los estudios de Murray, la biología sintética, basada en la teoría de Feynman, le da las herramientas necesarias. En el artículo inaugural de Murray, utilizó la biología sintética para abordar la idea de cómo y por qué los organismos multicelulares desarrollaron células diferenciadas. Murray y la estudiante de posgrado Mary Wahl querían comparar dos rutas para llegar a este destino: en la primera, las células evolucionarían primero formando grupos y se diferenciarían después, mientras que en la segunda, se diferenciarían primero, apoyándose mutuamente mediante el intercambio de nutrientes, y sólo se asociarían entre sí más tarde. Wahl y Murray (1) crearon cepas de levadura aglomerada que les permitieron comparar directamente estas dos posibilidades evolutivas. Demostraron que la diferenciación después de la multicelularidad es una estrategia más estable, porque es más resistente a la invasión de mutantes (1). Murray se cuida de decir que estos hallazgos no prueban que la evolución haya ocurrido así. Más bien, «la evolución podría haber ocurrido así».
Murray sigue creando organismos que le permiten estudiar los mecanismos por los que evolucionan los nuevos rasgos. Por ejemplo, él y su compañero postdoctoral Gregg Wildenberg crearon con éxito una levadura que evolucionó con un oscilador de 24 horas, fluctuando de baja fluorescencia a alta fluorescencia durante 24 horas, similar a un reloj interno (10). Murray espera utilizar lo que aprende sobre la evolución en el laboratorio para comprender mejor la selección natural. También espera determinar si los rasgos provienen más a menudo de mutaciones que alteran los genes que de un proceso lento e incremental que mejora los genes con el tiempo. «Nos interesa mucho observar la evolución en el mundo natural para tratar de encontrar ejemplos en los que los rasgos hayan evolucionado lo bastante recientemente como para preguntarse si fue por mutaciones que destruyeron la función de los genes o mejoraron los genes», dice Murray.