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L'algoritmo rivela i segreti della forma delle foglie
Le foglie si sono evolute nel corso di milioni di anni per ottimizzare la raccolta della luce, il trasporto di nutrienti da e verso il corpo della pianta e la stabilità meccanica contro gli stress naturali, afferma David Young, fisico presso i Lawrence Livermore National Laboratories vicino a San Francisco.
Il puzzle è come le foglie crescono in una così ampia varietà di forme simili. Quale processo può controllare questa crescita? Chiaramente, c'è una componente genetica nella crescita delle foglie, ma questa non può essere l'intera storia perché le foglie della stessa pianta a volte assumono forme diverse, un fenomeno noto come eteroblastia. Questo perché fattori ambientali come l'alimentazione, la luce solare influenzano anche la crescita e la forma.
Varie teorie tentano di spiegare la forma delle foglie usando idee come i frattali e il processo di reazione-diffusione di Turing. Ma nessuno fornisce una spiegazione convincente per la varietà di forme delle foglie che si verificano in natura.
Oggi, Young tenta di cambiarlo proponendo un semplice modello di crescita delle foglie che riproduce gran parte dello spettro delle forme delle foglie che appaiono in natura. Il mio obiettivo è spiegare non solo la gamma di forme delle foglie che si trovano nelle piante superiori, ma anche le grandi variazioni di forma osservate nelle foglie di piante strettamente correlate, dice.
Nel suo modello, la crescita dei lobi fogliari è governata dalla posizione delle nervature fogliari. La foglia quindi cresce semplicemente in 2 dimensioni in un modo governato da un semplice algoritmo. È questo modello di crescita che determina la forma finale della foglia. Nel modello di Young, la forma finale della foglia è davvero un prodotto accidentale di questo processo di crescita.
Questo è un approccio interessante e potente. Variando solo una manciata di parametri, Young può produrre una varietà di forme sorprendentemente ricca. Ad esempio, il suo modello produce varie foglie di quercia, acero, pioppo e salice e molte altre.
Produce anche una o due forme che non si trovano in natura, il che pone la domanda sul perché la selezione naturale sembri averle evitate.
Forse ancora più importante, l'algoritmo di Young è biologicamente plausibile: non è difficile vedere come il processo genetico e ambientale potrebbero combinarsi per comportarsi in questo modo.
Ciò di cui ha bisogno ora è qualcuno che metta in mappa i parametri dell'algoritmo sui reali processi genetici/chimici che avvengono nelle foglie man mano che crescono. Potrebbe volerci del tempo, ma non è affatto al di là dei biologi vegetali. Qualche volontario?
Rif: arxiv.org/abs/1004.4388 : Modello di algoritmo di crescita della forma della foglia