Notizia

May 25, 2023

La muffa melmosa fa crescere la rete proprio come il sistema ferroviario di Tokyo

Laura Sanders, Science News Talented and dedicated engineers spent countless

Laura Sanders, Notizie scientifiche

Ingegneri talentuosi e dedicati hanno trascorso innumerevoli ore a progettare il sistema ferroviario giapponese per renderlo uno dei più efficienti al mondo. Avrei potuto semplicemente chiedere una muffa melmosa.

Quando vengono presentate ai fiocchi d'avena disposti secondo il modello delle città giapponesi intorno a Tokyo, muffe melmose unicellulari senza cervello costruiscono reti di tubi che convogliano i nutrienti che sono sorprendentemente simili alla disposizione del sistema ferroviario giapponese, secondo quanto riferito da ricercatori giapponesi e inglesi. 22 in Scienze. Il team sostiene che un nuovo modello basato sulle semplici regole del comportamento della muffa melmosa potrebbe portare alla progettazione di reti più efficienti e adattabili.

Ogni giorno, la rete ferroviaria intorno a Tokyo deve soddisfare le esigenze del trasporto di massa, trasportando milioni di persone tra punti distanti in modo rapido e affidabile, osserva il coautore dello studio Mark Fricker dell’Università di Oxford. "Al contrario, la muffa melmosa non ha un cervello centrale né alcuna consapevolezza del problema generale che sta cercando di risolvere, ma riesce a produrre una struttura con proprietà simili alla rete ferroviaria reale."

La muffa melmosa gialla Physarum polycephalum cresce come una singola cellula abbastanza grande da essere vista ad occhio nudo. Quando incontra numerose fonti di cibo separate nello spazio, la cellula della muffa melmosa circonda il cibo e crea tunnel per distribuire i nutrienti. Nell'esperimento, i ricercatori guidati da Toshiyuki Nakagaki, dell'Università di Hokkaido a Sapporo, in Giappone, hanno posizionato i fiocchi d'avena (una prelibatezza a base di muffa melmosa) in uno schema che imitava il modo in cui le città sono sparse intorno a Tokyo, quindi hanno liberato la muffa melmosa.

Inizialmente, la muffa melmosa si è distribuita uniformemente attorno ai fiocchi d'avena, esplorando il suo nuovo territorio. Ma nel giro di poche ore, la muffa melmosa cominciò ad affinare la sua struttura, rafforzando i tunnel tra i fiocchi d'avena mentre gli altri collegamenti gradualmente scomparivano. Dopo circa un giorno, la muffa melmosa aveva costruito una rete di tubi interconnessi per il trasporto dei nutrienti. Il suo design sembrava quasi identico a quello del sistema ferroviario che circondava Tokyo, con un numero maggiore di tunnel robusti e resistenti che collegavano l'avena in posizione centrale. "C'è un notevole grado di sovrapposizione tra i due sistemi", afferma Fricker.

I ricercatori hanno poi preso in prestito semplici proprietà dal comportamento della muffa melmosa per creare una descrizione matematica ispirata alla biologia della formazione della rete. Come la muffa melmosa, il modello crea prima una rete a maglie fini che va ovunque, quindi perfeziona continuamente la rete in modo che i tubi che trasportano la maggior parte del carico diventino più robusti e i tubi ridondanti vengano potati.

Il comportamento del plasmodio "è davvero difficile da descrivere a parole", commenta il biochimico Wolfgang Marwan dell'Università Otto von Guericke di Magdeburgo, in Germania. "Vedi che si ottimizzano in qualche modo, ma come lo descrivi?" La nuova ricerca "fornisce un semplice modello matematico per un fenomeno biologico complesso", ha scritto Marwan in un articolo sullo stesso numero di Science.

Fricker sottolinea che un sistema così malleabile potrebbe essere utile per creare reti che devono cambiare nel tempo, come sistemi di sensori wireless a corto raggio che fornirebbero avvisi tempestivi di incendi o inondazioni. Poiché questi sensori vengono distrutti quando si verifica un disastro, la rete deve reindirizzare rapidamente le informazioni in modo efficiente. Reti decentralizzate e adattabili sarebbero importanti anche per i soldati sui campi di battaglia o per gli sciami di robot che esplorano ambienti pericolosi, afferma Fricker.

Il nuovo modello potrebbe anche aiutare i ricercatori a rispondere a domande biologiche, come ad esempio il modo in cui i vasi sanguigni crescono per sostenere i tumori, afferma Fricker. La rete di vasi di un tumore inizia come un groviglio denso e non strutturato, quindi perfeziona le sue connessioni per essere più efficienti.

Immagini: Scienza/AAAS

Guarda anche:

Lauren Goode

Personale CABLATO

Giuliano Chokkattu

Will Cavaliere