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Jul 01, 2023

Slime Mold crece la red al igual que el sistema ferroviario de Tokio

Laura Sanders, Science News Ingenieros talentosos y dedicados pasaron innumerables

Laura Sanders, Noticias científicas

Ingenieros talentosos y dedicados dedicaron incontables horas a diseñar el sistema ferroviario de Japón para que fuera uno de los más eficientes del mundo. Podría haberle preguntado a un moho mucilaginoso.

Cuando se les presentan copos de avena dispuestos en el patrón de las ciudades japonesas alrededor de Tokio, los mohos mucilaginosos unicelulares y sin cerebro construyen redes de tubos de canalización de nutrientes que son sorprendentemente similares al diseño del sistema ferroviario japonés, informan investigadores de Japón e Inglaterra el 1 de enero. 22 en Ciencias. Un nuevo modelo basado en las reglas simples del comportamiento del moho mucilaginoso puede conducir al diseño de redes más eficientes y adaptables, sostiene el equipo.

Todos los días, la red ferroviaria alrededor de Tokio tiene que satisfacer las demandas del transporte masivo, transportando a millones de personas entre puntos distantes de manera rápida y confiable, señala el coautor del estudio Mark Fricker de la Universidad de Oxford. "Por el contrario, el moho mucilaginoso no tiene un cerebro central ni ninguna conciencia del problema general que está tratando de resolver, pero logra producir una estructura con propiedades similares a las de la red ferroviaria real".

El moho mucilaginoso amarillo Physarum polycephalum crece como una sola célula que es lo suficientemente grande como para verse a simple vista. Cuando encuentra numerosas fuentes de alimento separadas en el espacio, la célula de moho mucilaginoso rodea el alimento y crea túneles para distribuir los nutrientes. En el experimento, los investigadores dirigidos por Toshiyuki Nakagaki, de la Universidad de Hokkaido en Sapporo, Japón, colocaron copos de avena (un manjar de moho mucilaginoso) en un patrón que imitaba la forma en que las ciudades están dispersas por Tokio, y luego soltaron el moho mucilaginoso.

Inicialmente, el moho mucilaginoso se dispersó uniformemente alrededor de los copos de avena, explorando su nuevo territorio. Pero en cuestión de horas, el moho del limo comenzó a refinar su patrón, fortaleciendo los túneles entre los copos de avena mientras que los otros enlaces desaparecían gradualmente. Después de aproximadamente un día, el moho mucilaginoso había construido una red de tubos de transporte de nutrientes interconectados. Su diseño parecía casi idéntico al del sistema ferroviario que rodea a Tokio, con una mayor cantidad de túneles fuertes y resistentes que conectan la avena ubicada en el centro. "Hay un notable grado de superposición entre los dos sistemas", dice Fricker.

Luego, los investigadores tomaron prestadas propiedades simples del comportamiento del moho del limo para crear una descripción matemática inspirada en la biología de la formación de la red. Al igual que el moho mucilaginoso, el modelo primero crea una red de malla fina que va a todas partes y luego refina continuamente la red para que los tubos que transportan la mayor parte de la carga se vuelvan más robustos y se eliminen los tubos redundantes.

El comportamiento del plasmodio "es realmente difícil de expresar con palabras", comenta el bioquímico Wolfgang Marwan de la Universidad Otto von Guericke en Magdeburg, Alemania. "Ves que se optimizan de alguna manera, pero ¿cómo describirías eso?" La nueva investigación "proporciona un modelo matemático simple para un fenómeno biológico complejo", escribió Marwan en un artículo en la misma edición de Science.

Fricker señala que un sistema tan maleable puede ser útil para crear redes que necesitan cambiar con el tiempo, como sistemas inalámbricos de sensores de corto alcance que proporcionarían advertencias tempranas de incendios o inundaciones. Debido a que estos sensores se destruyen cuando ocurre un desastre, la red necesita redirigir la información de manera eficiente y rápida. Las redes descentralizadas y adaptables también serían importantes para los soldados en los campos de batalla o los enjambres de robots que exploran entornos peligrosos, dice Fricker.

El nuevo modelo también puede ayudar a los investigadores a responder preguntas biológicas, como cómo crecen los vasos sanguíneos para sostener los tumores, dice Fricker. La red de vasos de un tumor comienza como una maraña densa y sin estructura, y luego refina sus conexiones para que sean más eficientes.

Imágenes: Ciencia/AAAS

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