Uno de los procesos fundamentales de la vida es la fecundación. Para que esta se lleve a cabo se requiere que los gametos masculinos y femeninos se aproximen. En este proyecto estudiamos el desplazamiento de los espermas de erizo de mar en su búsqueda del óvulo. Existe evidencia experimental, desarrollada en parte por algunos de los participantes de este proyecto, de que el huevo secreta polipéptidos que se adhieren al flagelo de los espermas, desencadenando una serie de procesos bioquímicos que eventualmente producen oscilaciones en la concentración del ión calcio intracelular, [Ca+2]i. Estas oscilaciones a su vez modifican la natación del esperma. A la fecha la conformación y operación de la vía de señalización conducente a las oscilaciones no está bien determinada y es aún materia de estudio. El propósito de este proyecto es contribuir a un mayor entendimiento de esta vía de señalización por medio de la construcción de modelos que enfocan el problema en términos de una red bioquímica sobre la cual opera una dinámica regulatoria. Se trata de un trabajo interdisciplinario donde se conjugan experimentos de frontera con tratamientos teóricos desarrollados recientemente para el estudio de redes complejas. La parte experimental del proyecto se centra en la visualización de las trayectorias descritas por el esperma, de los cambios en la concentración de [Ca+2] y su repercusión en la conformación de su flagelo. Para ello es importante la implementación de un método para procesamiento de imágenes en tiempo real preciso y eficiente. _x000D_ El énfasis de este proyecto recae sobre la vertiente teórica. El enfoque de redes de interacciones entre los componentes de la vía puede ayudar a identificar cuáles de ellos son primordiales, cuales redundantes, predecir interdependencias aun no consideradas, y exhibir comportamientos globales. Propiedades cualitativas de la dinámica global tales como su estabilidad, robustez, eficiencia, también podrán ser abordadas. En la red regulatoria los nodos pueden ser variables discretas en cuyo caso se trata de redes Booleanas (nodos con dos valores, prendido o apagado) o sus generalizaciones (a más de dos valores), tomar valores continuos con reglas de evolución semi-discretas, o ser totalmente continuos en cuyo caso estaríamos hablando de ecuaciones diferenciales nolineales acopladas. _x000D_ Un análisis a fondo de la vía de señalización del calcio influirá en la comprensión de otros aspectos de la motilidad de los espermas tales como el funcionamiento de las máquinas moleculares sensibles a variaciones en la concentración de [Ca+2]i que operan a lo largo de microtúbulos del flagelo, un entendimiento de por qué algunas especies de erizo de mar presentan quimiotaxis y otras no, algunos aspectos hidrodinámicos y estrategias de exploración espacial. Es importante señalar que casi todas las células poseen, un cilio o un flagelo que no necesariamente afectan su movilidad pero que recaba información del mundo exterior importante por ejemplo para el desarrollo o el flujo de fluidos en epitelios. Dado que la estructura de estos flagelos es universal, un mayor entendimiento del comportamiento del flagelo de los espermas tiene una amplia repercusión. Por último, desde un punto de vista metodológico y conceptual cabe destacar que la convergencia de la diversidad de herramientas y modos de pensamiento, típica del estudio de sistemas complejos._x000D_

1) La reproducción sexual requiere de comunicación entre el espermatozoide y el óvulo. Los espermatozoides de deuterostomados, tanto invertebrados como vertebrados, son móviles gracias al deslizamiento de los microtúbulos que se encuentran en el axonema de sus flagelos. La regulación de la movilidad es clave para que se encuentren los gametos, esto es particularmente dramático en organismos marinos que liberan sus gametos al mar donde se diluyen enormemente. El espermatozoide del erizo de mar es un excelente modelo para estudiar como el Ca2+ regula la forma del flagelo y la movilidad. Entender los mecanismos moleculares que gobiernan la movilidad y su relación con la [Ca2+]i aprovechando formalizaciones matemáticas, permitirá comprender mejor la fisiología del espermatozoide y en general como el Ca2+ regula a los flagelos y cilios de las células. Ahora se sabe que la mayoría de los tipos celulares tiene al menos un cilio o un flagelo cuya estructura está muy conservada. También se ha determinado que estos cilios son importantes para: la reproducción, el desarrollo, la percepción y otras funciones. Defectos en los cilios pueden causar infertilidad, fibrosis, obesidad y diabetes. Lo anterior deja claro que entender los mecanismos que gobiernan la operación del axonema es un problema importante de la Biología Celular._x000D_ _x000D_ 2) Los tres tipos de modelos dinámicos que se desarrollarán en este proyecto, (el discreto de Kauffman, el semi-continuo de Glass, y el tradicional basado en ecuaciones diferenciales cinéticas), ya han sido aplicados por diversos autores pero de forma separada, cada uno a diferentes sistemas. Hasta donde sabemos, se desconoce la conexión que existe entre estos tres niveles de descripción. La red metabólica del Ca2+ considerada en este proyecto representa un sistema ideal para estudiar los alcances y limitaciones de cada una de estas descripciones, así como la conexión que hay entre ellas, en la medida de que contamos con una gran cantidad de datos experimentales sobre la dinámica de la red, así como con la capacidad de realizar nuevos experimentos, que permitirán validar las predicciones obtenidas con estos modelos. El entender los límites de aplicabilidad de cada una de estas descripciones, así como las condiciones bajo las cuáles generan resultados equivalentes sería, desde el punto de vista teórico, una contribución de la mayor importancia para el área de biología de sistemas. _x000D_ _x000D_ 3) La formación de recursos humanos con un enfoque de sistemas complejos, que desarrolle un pensamiento interdisciplinario y una intergración profunda entre teoría y experimento.