Controluce - Figure per descrivere
pensare elementi
autore:
Kaben Nanlohy
affiliazione:
Digital Evolution Lab, Michigan State University, East Lansing (MI)
L'immagine
Piastra di Petri virtuale
Si chiama piastra di Petri (in memoria del microbiologo tedesco Julius Richard Petri, che la inventò nel 1877), un contenitore di forma cilindrica, piatto, trasparente, munito di un coperchio altrettanto trasparente e della stessa forma, che permette di osservare il contenuto della piastra senza esporlo alla contaminazione da parte di sostanze e microrganismi presenti nell'ambiente esterno. Le piastre di Petri sono tuttora degli strumenti indispensabili per il lavoro del microbiologo e del biologo molecolare in genere. Vengono soprattutto utilizzate per le colture batteriche su terreno di coltura solido o semisolido.
La superficie visibile nell'immagine non appartiene a una piastra reale, ma visualizza un istante di un esperimento con organismi digitali in una piastra virtuale. Anziché competere per l'utilizzo delle sostanze nutrienti del terreno di coltura contenuto nella piastra reale, nella piastra virtuale questi organismi digitali competono per l'utilizzo del tempo macchina.
Ogni pixel colorato rappresenta un singolo organismo. Lo spazio (inizialmente completamente nero) è la "piastra di Petri" da colonizzare. La popolazione visualizzata nell'immagine è formata dai diversi "ceppi" che si sono replicati e differenziati attraverso una serie di mutazioni casuali e un processo selettivo basato sulla capacità di replicarsi e di adattarsi propria di ciascun "fenotipo" (cioè di ciascuno degli organismi che risultano da queste mutazioni). I colori dei diversi ceppi esprimono i loro diversi livelli di adattamento.
La tecnica
Evoluzione di organismi digitali
Nell'immagine è “fotografato” un momento dell'evoluzione di una popolazione di organismi digitali che ha colonizzato una piastra di Petri virtuale. L'esperimento è stato realizzato in AVIDA, un programma creato al Digital Life Laboratory del California Institute of Technology di Pasadena (CA) e successivamente sviluppato al Digital Evolution Laboratory della Michigan State University a East lansing (MI).
AVIDA crea un ambiente in cui girano miniprogrammi che, al pari di certi "virus" informatici, si moltiplicano creando un numero geometricamente crescente di repliche. Ogni programma è soggetto a mutazioni casuali che vengono saggiate dall'ambiente, in quanto in questo ambiente sono disponibili risorse limitate a cui concorrono un numero crescente di organismi competitori. Questi organismi digitali infatti competono gli uni con gli altri nell'utilizzo della risorsa che permette loro di "vivere": il tempo macchina. In AVIDA si crea perciò una condizione di lotta per la sopravvivenza che premia le mutazioni più vantaggiose. Il vantaggio consiste nella capacità (che si acquisisce o si perde, a seconda del tipo di mutazioni) di eseguire correttamente alcune operazioni logiche. AVIDA controlla le capacità di ogni programma e premia quelli più performanti, concedendo loro più tempo macchina. Queste popolazioni di programmi si trasformano così in modo analogo a quello in cui si suppone evolvano i microrganismi in un ambiente controllato e chiuso come una piastra di Petri. D'altra parte, ome in una piastra di Petri reale, l'ambiente viene modificato dalla stessa crescita degli organismi, dando luogo a fenomeni difficilmente prevedibili.
L'evoluzione degli organismi digitali è quindi uno strumento teorico per indagare la complessità dell'evoluzione degli organismi biologici.
Per la ricerca, il principale vantaggio presentato dagli organismi digitali su quelli biologici è ovviamente il tempo di riproduzione. Facendo girare AVIDA su un semplice personal computer, si possono produrre in un solo giorno 20.000 generazioni digitali, mentre per arrivare agli stessi ordini di grandezza su piastre di Petri fisiche e con i batteri veri occorrono interi decenni. Inoltre, a differenza di quanto accade con gli organismi biologici, con quelli digitali i ricercatori hanno il pieno controllo sulla loro natura e sul loro comportamento. Infine, gli esperimenti possono essere ripetuti a piacere, per valutarne statisticamente i risultati.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
