Le decisioni “intelligenti” della muffa

Questa muffa ha lasciato perplessi i ricercatori per molti decenni. La muffa Physarum polycephalum melmosa che ha caratteristiche differenti rispetto a animali e piante, che appartengono a regni animali differenti, offre molte informazioni sulla storia evolutiva degli eucarioti, a cui appartengono anche gli esseri umani

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Tutti noi conserviamo i ricordi degli eventi passati e in base a questi prendiamo decisioni più intelligenti per il nostro futuro. I ricercatori dell’Istituto Max-Planck per la dinamica e l’auto-organizzazione (MPI-DS) e l’Università tecnica di Monaco (TUM) hanno capito come la muffa Physarum polycephalum conserva i ricordi, sebbene non possieda un sistema nervoso centrale.

Un organismo in grado di memorizzare e recuperare informazioni possiede indubbiamente un chiaro vantaggio nella ricerca di cibo o nell’evitare ambienti nocivi e pericolosi. Tradizionalmente queste capacità sono state attribuite generalmente a organismi in possesso di un sistema nervoso centrale.

Un nuovo studio scritto da Mirna Kramar (MPI-DS) e dal Prof Karen Alim (TUM e MPI-DS) sfida questa visione radicata scoprendo le sorprendenti capacità di un organismo unicellulare altamente dinamico e capace di memorizzare e recuperare informazioni dell’ambiente in cui vive.

La muffa Physarum polycephalum spesso definita come melma policefala, è un protista (mixomiceto) melmoso unicellulare appartenente al clade Amoebozoa (phylum Mycetozoa, classe Myxogastria), che prospera in ambienti ombreggiati, freschi e umidi, come le foglie in decomposizione e i tronchi.

Questa muffa ha lasciato perplessi i ricercatori per molti decenni. La muffa Physarum polycephalum melmosa che ha caratteristiche differenti rispetto a animali e piante, che appartengono a regni animali differenti, offre molte informazioni sulla storia evolutiva degli eucarioti, a cui appartengono anche gli esseri umani.



La prof.ssa Karen Alim, dell’Università tecnica di Monaco, e Mirna Kramar, dell’Istituto Max-Planck per la dinamica e l’auto-organizzazione, hanno scoperto come la muffa melmosa Physarum polycephalum conserva i suoi ricordi di incontri con il cibo direttamente nell’architettura del suo corpo simile a un’intricata rete e utilizzi le informazioni conservate quando si prendono decisioni future.

Il corpo della muffa melmosa Physarum polycephalum è una gigantesca cella singola composta da tubi interconnessi che formano reti intricate. Questa singola cella, simile ad un’ameba, può allungarsi da diversi centimetri, fino a diversi metri, rappresentando la cella più grande presente sulla Terra.

Come ricorda la muffa: una rete come memoria

“È molto emozionante quando un progetto si sviluppa da una semplice osservazione sperimentale”, afferma Karen Alim, capo del gruppo di Fisica Biologica e Morfogenesi dell’MPI-DS di Gottinga e professore di Teoria delle reti biologiche presso l’Università tecnica di Monaco.

I ricercatori hanno osservato il processo di migrazione e alimentazione dell’organismo e hanno notato una distinta impronta di una fonte di cibo sullo schema dei tubi più spessi e più sottili della rete molto tempo dopo che Physarum polycephalum si era alimentata.

“Data la riorganizzazione della rete altamente dinamica di P. polycephalum, la persistenza di questa impronta ha suscitato l’idea che l’architettura di rete stessa potrebbe servire come memoria del passato”, afferma Karen Alim. Tuttavia, prima dovevano spiegare il meccanismo alla base della formazione dell’impronta che si ritiene coinvolta nella memoria.

Decisioni e ricordi

Per capire il meccanismo dell’impronta della memoria i ricercatori hanno combinato osservazioni microscopiche dell’adattamento della rete tubolare con modelli teorici.

Un incontro con il cibo innesca il rilascio di una sostanza chimica che viaggia dal luogo in cui è stato trovato il cibo in tutto l’organismo e ammorbidisce i tubi nella rete, facendo riorientare l’intero organismo verso il cibo.

“Il graduale ammorbidimento è dove entrano in gioco le impronte esistenti di precedenti fonti di cibo e dove le informazioni vengono memorizzate e recuperate”, afferma la prima autrice Mirna Kramar.

“Gli eventi di alimentazione passati sono incorporati nella gerarchia dei diametri dei tubi, in particolare nella disposizione dei tubi spessi e sottili nella rete”.

“Per la sostanza chimica ammorbidente che viene ora trasportata, i tubi spessi nella rete fungono da autostrade nelle reti di traffico, consentendo un rapido trasporto attraverso l’intero organismo”, ha aggiunto Mirna Kramar. “I precedenti incontri impressi nell’architettura di rete pesano quindi nella decisione sulla futura direzione della migrazione”.

La rete sulla quale sembrano basarsi i ricordi è molto semplice e le capacità della muffa Physarum di immagazzinare in qualche modo i ricordi è molto interessante. “È straordinario che l’organismo si basi su un meccanismo così semplice e tuttavia lo controlli in modo così preciso ”, afferma Karen Alim.

“Questi risultati rappresentano un pezzo importante del puzzle nella comprensione del comportamento di questo antico organismo e allo stesso tempo indicano i principi universali alla base del comportamento. Prevediamo potenziali applicazioni delle nostre scoperte nella progettazione di materiali intelligenti e nella costruzione di robot morbidi che navigano in ambienti complessi “, conclude Karen Alim.

In futuro potremo costruire macchine o realizzare materiali che sfruttano le straordinarie capacitò di questi semplici esseri viventi.

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