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La célula cuenta con una red compleja de componentes biomoleculares capaz de detectar señales externas e internas y elaborar respuestas apropiadas que ayuden a responder frente a las dificultades que presenta el entorno. Estas respuestas implican tomar decisiones de destino celular, como la introducción o no a un programa de diferenciación, proliferación, arresto o apoptosis. La descripción de estos procesos desde una perspectiva modular propone la identificación de distintos módulos funcionales, de cuya interacción emergen las distintas propiedades de los sistemas de toma de decisión. Como objetivo general de esta tesis estudiamos, desde un enfoque de biología de sistemas, los mecanismos biomoleculares involucrados en la toma de decisión a nivel celular. En primer lugar nos centramos en el estudio de módulos ultrasensibles, que cumplen un rol fundamental en varios contextos celulares. Estos módulos se caracterizan por presentar una curva dosisrespuesta sigmoidal, y proporcionan alinealidades que resultan necesarias para producir mecanismos más complejos tales como adaptación, biestabilidad, y oscilaciones. En este trabajo, estudiamos los factores que modulan el desempeño de un motivo ultrasensible (es decir, su ultrasensibilidad), al ser embebido dentro de una cascada de señalización. Primero, utilizamos una configuración sencilla para analizar en qué medida las limitaciones en los rangos barridos por los componentes río arriba y río abajo afectan a la ultrasensibilidad efectiva que distintos mecanismos ultrasensibles aportan al sistema. De esta manera, encontramos que las limitaciones en el rango de entrada disminuyen la ultrasensibilidad del sistema, mientras que las limitaciones en el rango de salida pueden producir tanto un aumento como una disminución de la ultrasensibilidad. En este caso, identificamos que el comportamiento está determinado por las asimetrías de la curva dosis-respuesta del módulo ultrasensible, y observamos que varios de los motivos ultrasensibles más estudiados pueden producir ultrasensibilidades efectivas mucho mayores cuando el componente río abajo limita su rango de lectura. Por otra parte, hallamos una expresión analítica del aporte neto que realiza cada módulo en la construcción de la ultrasensibilidad de una cascada de señalización. Esto permite identificar los efectos del secuestro de componentes compartidos y del reposicionamiento de los rangos dinámicos sobre la ultrasensibilidad de la cascada. Luego, aplicamos la metodología desarrollada para estudiar 2 modelos de cascadas de MAP kinasas de interés biológico. Este estudio aporta herramientas relevantes tanto para entender el comportamiento de una unidad de procesamiento modular ultrasensible inmersa en su contexto fisiológico, como para el diseño de módulos funcionales en un contexto de biología sintética. Finalmente estudiamos los mecanismos biomoleculares involucrados en la vía de respuesta a feromona del organismo modelo Saccharomyces cerevisiae. En este caso estudiamos el proceso de toma de decisión celular respecto a aparearse o no cuando la célula es estimulada con feromona. En particular nos centramos en el estudio de las bases moleculares que sustentan las respuestas celulares del tipo switching. En este contexto, analizamos matemáticamente el modelo biológico propuesto por biólogos de nuestro laboratorio. Testeamos si el modelo era capaz de reproducir los experimentos existentes y luego extrajimos del modelo nuevas hipótesis a ser contrastadas experimentalmente. La posterior falsificación del modelo dio lugar a la formulación de uno nuevo en el cual nos encontramos trabajando actualmente.

Entre 1994 y 1996 se estudiaron los procesos de meteorización y de eutrofización en la cuenca del lago Puelo, ubicada en la cordillera de Los Andes a 42 °S, con especial énfasis en la sub-cuenca del río Azul. Se analizaron con frecuencias estacional/bimensual/semanal el pH, la temperatura, alcalinidad y conductividad, nutrientes, silicatos e iones principales. Todas las aguas analizadas fueron de conductividad baja y de tipo bicarbonato cálcico. La elevada correlación entre sílice y cationes y otras relaciones iónicas, indicaron que los silicatos fueron la principal fuente de iones solubles. No obstante los suelos y rocas de la cuenca están constituidos por minerales mesosilícicos-ácidos, la relación Ca/(Mg+Na+K) > 80 % sugiere la meteorización de rocas carbonáticas. Esta incongruencia se ha encontrado también en otras cuencas graníticas. Los valores de nutrientes se encontraron entre los más bajos reportados en la bibliografía. El coeficiente de exportación areal de fósforo reactivo soluble estimado fue un orden de magnitud superior al observado, debido a la alta capacidad de retención de fosfato de los suelos volcánicos, que cubren el 75 % de la cuenca. Según el concepto saturación de nitrógeno la cuenca está en el estadío 0/4, en el cual la mayor parte del nitrato de las precipitaciones es absorbido por el bosque Sub-Antártico. La relación N/P tuvo un período de neta «limitación» por fósforo en invierno y otro de neta «limitación» por nitrógeno en primavera-verano. La reserva invernal de nitrógeno del lago Puelo no se consumió solamente por el fitoplancton, sino también por el efecto de dilución, producido por la entrada de un gran volumen de agua en primavera, cuyo nitrógeno fue previamente consumido por el bosque.