Secondo una ricerca pubblicata su Current Biology potrebbe esistere una logica universale che presiede al comportamento di ramificazione dei diversi tipi di sistemi viventi.
La scoperta
Gli scienziati del Salk Institute for Biological Studies hanno eseguito una serie di scansioni 3D su varie specie di piante e hanno scoperto che la ramificazione delle piante e la ramificazione dei neuroni nel cervello umano seguono le stesse leggi matematiche. Il Professor Saket Navlakha spiega che secondo i dati ricavati è possibile descrivere matematicamente la variazione del modo in cui i rami sono distribuiti nello spazio, utilizzando una funzione che comunemente viene chiamata curva a campana: la curva di Gauss.
L’esperimento: coltivazione e scansione
Dal momento che non possono spostarsi per trovare un ambiente più adatto alle loro esigenze, le piante hanno sviluppato diverse strategie di crescita per affrontare le difficoltà in cui posso imbattersi, come il dover crescere nel cono d’ombra di una pianta vicina o in una situazione di siccità.
Le ricerche del team di scienziati del Salk sono state guidate dalla volontà di scoprire se, al di là delle innumerevoli forme che le piante assumono, esistesse un principio di organizzazione invisibile.
Essi hanno utilizzato una tecnologia di scansione 3D ad altissima precisione per studiare l’architettura delle giovani piante nel corso del tempo e misurare la loro crescita attraverso dati analizzabili matematicamente.
I ricercatori hanno iniziato coltivando i semi di tre colture, sorgo, tabacco e pomodoro, in condizioni ambientali che si verificano solitamente in natura, come la siccità, il calore elevato e l’ombra, e ne effettuavano delle scansioni a distanza di pochi giorni per documentarne digitalmente la crescita. Alla fine dell’esperimento il numero di piante studiate è salito a 600.
I risultati
L’insieme delle coordinate spaziali tridimensionali da cui è costituita ogni rappresentazione digitale delle piante è stato utilizzato per delineare una descrizione statistica di forme di pianta teoricamente possibili. Questo modello ha svelato tre proprietà della crescita: la separabilità, l’auto-somiglianza e una funzione Gaussiana della densità del ramo. La separabilità mostra che la crescita in una direzione spaziale è indipendente dalla crescita in altre direzioni e che quindi la pianta segue un modello di crescita molto semplice. L’auto-somiglianza invece è quella proprietà per la quale tutte le piante hanno la stessa forma sottostante e usano le medesime regole statistiche indipendentemente dall’ambiente circostante. Infine, gli scienziati hanno scoperto che la densità della crescita del ramo è conforme a una distribuzione gaussiana, al di là delle specie a cui la pianta appartiene e delle condizioni ambientali in cui cresce. Questo significa che la crescita dei rami è più densa vicino al centro della pianta e più diluita alle estremità.
L’alto livello di efficienza evolutiva suggerito da queste proprietà è sorprendente: anche se era intuibile che le piante non utilizzassero un modello di crescita differente per ogni situazione, gli scienziati non si sarebbero mai aspettati che esse fossero così efficienti da sviluppare una sola forma funzionale.
Piante come cervelli
Precedenti ricerche di Charles Stevens, un altro dei professori del Salk Institute, avevano scoperto che gli stessi tre principi guida erano presenti nella crescita dei neuroni umani: “La somiglianza tra gli archi neuronali e i germogli delle piante è piuttosto sorprendente, e sembra che ci sia una ragione sottostante: entrambi hanno bisogno di coprire un’area nel modo più completo possibile, ma in modo sparso, quindi non interferendo tra loro.”
Aspirazioni future
I ricercatori sperano che questi risultati possano condurli a identificare i meccanismi che guidano la crescita livello molecolare e che tale conoscenza possa essere utile per migliorare le rese dei raccolti.
Fonti:
https://www.salk.edu/news-release/plants-grow-like-human-brains/
Didascalia foto: Questa illustrazione rappresenta come le piante utilizzano le stesse regole per crescere in condizioni molto diverse (ad esempio nuvoloso e sole) e che la densità dei rami nello spazio segue una distribuzione gaussiana. Credit Photo: Salk Institute
Redazione
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