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PROTAGONISTI/ Meinhardt: l’algoritmo che spunta tra gli spaghetti (e spiega le forme biologiche)

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Hans Meinhardt (Infophoto)  Hans Meinhardt (Infophoto)

Posso ricorrere a un episodio che ha influenzato in modo inaspettato la mia ricerca. Mi trovavo in un ristorante a Venezia e avevo ordinato spaghetti ai frutti di mare: ho osservato che i gusci di alcune cozze avevano delle linee colorate a forma di W ed era chiaro che le linee oblique rappresentavano le tracce delle produzione dei pigmenti durante il processo di crescita. Al momento la cosa non mi aveva provocato particolare impressione ma in seguito sono rimasto molto colpito nel trovare una grande varietà di disegni sui gusci delle conchiglie dei mari tropicali, varietà che non poteva essere spiegata così facilmente. Nei primi anni 90 la biologia dello sviluppo era tutta proiettata sulla parte sperimentale e c’era poco interesse per i fondamenti teorici. Io però ero sempre più affascinato dalla bellezza dei disegni sulle conchiglie ed era anche chiaro che quelle forme documentavano la storia della loro formazione: riuscire a decodificarli significava iniziare a comprendere i meccanismi generativi sottostanti. Ma la decodifica era impossibile senza dei precisi modelli matematici e senza la possibilità di simulare la loro evoluzione nel tempo.

 

Prima lei ha parlato di aspetti emergenti: nella scienza, e in biologia in particolare, si incontrano molti fenomeni emergenti, a partire dalla stessa vita, che non possono essere spiegati come semplice e deterministica conseguenza di qualcos’altro. Come vede questi fenomeni?

 L’espressione che preferisco è auto-organizzazione e un esempio era già presente nel modello “attivazione-inibizione” che ho elaborato insieme a Gierer. Abbiamo dimostrato che la formazione dei pattern morfologici (cioè gli schemi cui obbediscono le forme viventi) è possibile solo se un processo locale di auto-attivazione si abbina a una reazione antagonista (inibizione) a lungo raggio. L’auto-attivazione è necessaria per amplificare delle piccole deviazioni dallo stato omogeneo e stabile del sistema, mentre l’inibizione a lungo raggio assicura che l’auto-attivazione resti confinata spazialmente e non porti a una situazione esplosiva. Comunque abbiamo ancora molto da scoprire sulla generazione delle forme e in questo l’elaborazione di potenti modelli matematici è sempre più importante: le nostre intuizioni sono insufficienti per comprendere sistemi complessi, come quelli vitali, basati su un insieme di anelli di retroazione (feedback) positivi e negativi. Spero che per i biologi diventi sempre più familiare l’impiego degli strumenti matematici  per poter comprendere questo meraviglioso sistema dinamico che è alla base della nostra esistenza.

 

(Mario Gargantini)



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