Un modello teoretico mette in luce l'impatto del rumore sulla segmentazione
Contrariamente a quanto si pensa comunemente, non sono i geni a controllare lo sviluppo di strutture periodiche negli embrioni, ma semplici fenomeni fisici e chimici. È questo che si è osservato in un nuovo studio condotto in Francia e in Polonia e pubblicato sulla rivista Europhysics Letters. I ricercatori presentano un modello teorico che fornisce informazioni sul processo di come la segmentazione è influenzata dal rumore interno e termodinamico del sistema. I risultati, dicono i ricercatori, sono diversi da quello che si pensava inizialmente. I ricercatori del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) e dell'Università Pierre et Marie Curie, in Francia, in collaborazione con l'Istituto di chimica fisica dell'Accademia polacca delle scienze (IPC PAS), dicono che nella fase iniziale dell'embriogenesi nei vertebrati, i segmenti periodici chiamati somiti si formano nel loro mesoderma dorsale. Con il passare del tempo, si trasformano in vertebre ed elementi della spina dorsale. Il modello presentato dal team mostra come il rumore interno presente in tutti i sistemi fisici influenza la formazione di tali schemi. "Siamo convinti che le leggi della fisica e della chimica possono spiegare i fenomeni biologici e l'evoluzione degli organismi viventi," dice il dott. Bogdan Nowakowski dell'IPC PAS. "È per questo che tentiamo di costruire un modello teorico di uno degli elementi dell'embriogenesi dei vertebrati: la formazione delle strutture periodiche nella somitogenesi. Lo abbiamo fatto tenendo conto dello schema minimo delle reazioni chimiche che coinvolgono solo pochi componenti." Secondo i ricercatori, le reazioni oscillanti dei fenomeni squilibrati hanno come risultato soluzioni acquose di reagenti adatti in determinate concentrazioni. Quando si aggiunge un componente, si ha una deviazione del sistema dallo stato di equilibrio termodinamico. In seguito a ciò, cominciano a propagarsi fronti d'onda nel liquido, che con la loro presenza provocano una serie di cambiamenti del colore della soluzione. I ricercatori sottolineano che, se la reazione avviene in una soluzione fluida, come una piastra di Petri, si formano anelli colorati permanenti che si propagano. Il modello proposto dal team è chiaro e conciso, dicono. In totale, in questo modello ci sono tre reazioni chimiche e quattro sostanze, i cui parametri possono essere regolati per provocare reazioni che hanno come risultato oscillazioni spaziali chiare delle concentrazioni dei componenti della soluzione. Il risultato sono schemi periodici stabili nel tempo, che gli esperti chiamano "strutture di Turing". "Il nostro modello è un concetto puramente teorico, un segnale che indica che una parte del fenomeno che avviene durante la somitogenesi [è] controllato da meccanismi veramente semplici," dice il dott. Nowakowski, che insieme ai suoi colleghi ha confermato l'effetto del rumore interno sui processi esaminati. In natura, secondo il team, il rumore è una conseguenza della discreta struttura molecolare della materia. È un inevitabile effetto stocastico che emerge all'interno di ogni sistema fisico. In un modello teorico, il rumore può essere introdotto o eliminato a piacere. Questo significa anche che i teorici possono fare quello che gli sperimentalisti non possono fare: confrontare un sistema senza rumore che non esiste in natura con un sistema rumoroso e valutare l'effetto delle fluttuazioni termodinamiche sul processo di segmentazione. "Di solito, si suppone che un rumore accidentale disturbi l'ordine esistente," osserva il dott. Nowakowski. "Le nostre simulazioni danno un risultato opposto. Dopo aver introdotto il rumore nel modello, gli schemi periodici hanno cominciato ad apparire in modo notevolmente veloce, appena dopo il passaggio del fronte d'onda."Per maggiori informazioni, visitare: Centre national de la recherche scientifique (CNRS): http://www.cnrs.fr/ Istituto di chimica fisica dell'Accademia polacca delle scienze: http://www.ichf.edu.pl/indexen.html Europhysics Letters: http://epljournal.edpsciences.org/
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Francia, Polonia