La muffa melmosa che crea sistemi ferroviari

Ingegneri talentuosi e dedicati hanno trascorso innumerevoli ore a progettare il sistema ferroviario giapponese per renderlo uno dei più efficienti al mondo. Avrebbero fatto prima a farlo fare ad una muffa melmosa.

Ricercatori giapponesi e inglesi hanno trovato che, messi di fronte a fiocchi di avena disposti secondo lo schema delle città giapponesi intorno a Tokyo, gli stampi di melma monocellulari senza cervello costruiscono reti di tubi di canalizzazione dei nutrienti che sono sorprendentemente simili al layout del sistema ferroviario giapponese. Un nuovo modello basato sulle semplici regole del comportamento della muffa melmosa potrebbe portare alla progettazione di reti più efficienti e adattabili, sostiene il team.

Muffa Melmosa

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 cervello centrale o consapevolezza del problema complessivo che sta cercando di risolvere, ma riesce a produrre una struttura con proprietà simili alla vera rete ferroviaria".

La muffa gialla "Physarum polycephalum" cresce come una singola cellula grande abbastanza per essere vista ad occhio nudo. Quando incontra numerose fonti alimentari separate nello spazio, la cellula melmosa circonda il cibo e crea gallerie per distribuire le sostanze nutritive. Nell'esperimento, i ricercatori guidati da Toshiyuki Nakagaki, dell'Università di Hokkaido a Sapporo, in Giappone, hanno disposto i fiocchi d'avena (una ghiottoneria per la muffa) in un modello che imitava il modo in cui le città sono sparse per Tokyo, quindi hanno dato via libera alla muffa.

Inizialmente, la muffa si disperde uniformemente intorno ai fiocchi d'avena, esplorando il suo nuovo territorio. Ma nel giro di poche ore, la muffa comincia a perfezionare il suo schema, rafforzando i tunnel tra i fiocchi d'avena mentre gli altri anelli gradualmente scompaiono. Dopo circa un giorno, la muffaa costruisce una rete di tubi interconnessi per il trasporto di nutrienti. Il suo design sembra quasi identico a quello del sistema ferroviario che circonda Tokyo, con un numero maggiore di gallerie forti e resistenti che collegavano l'avena posta in posizione centrale. "C'è un notevole grado di sovrapposizione tra i due sistemi", afferma Fricker.

Muffa Melmosa1

I ricercatori hanno poi preso in prestito proprietà semplici dal comportamento della muffa melmosa per creare una descrizione matematica ispirata alla biologia della formazione della rete. Come la muffa, il modello crea dapprima una rete a maglie fini che va dappertutto, e quindi raffina continuamente la rete in modo che i tubi che trasportano più carico crescano più robusti e le tubature ridondanti vengano potate.

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

Fricker sottolinea che un sistema così malleabile può essere utile per creare reti che devono cambiare nel tempo, come i sistemi wireless a corto raggio di sensori che forniscono avvertimenti precoci di incendio o alluvione. Poiché questi sensori vengono distrutti quando si verifica un'emergenza, la rete deve reindirizzare in modo efficiente le informazioni rapidamente. Le reti decentralizzate e adattabili sarebbero importanti anche per i soldati nei campi di battaglia o per sciami di robot che esplorano ambienti pericolosi, dice Fricker.

Il nuovo modello potrebbe anche aiutare i ricercatori a rispondere a domande biologiche, come ad esempio come i vasi sanguigni crescono per sostenere i tumori, dice Fricker. La rete di vasi di un tumore inizia come un groviglio denso e non strutturato, quindi raffina le connessioni per essere più efficiente.

Fonte: https://www.wired.com/2010/01/slime-mold-grows-network-just-like-tokyo-rail-system/

Traduzione di Enrico Carotenuto per Coscienzeinrete Magazine

Vota questo articolo
(0 Voti)