Controluce - Figure per descrivere
pensare elementi
autore:
affiliazione:
Centre for Biological Information Technology, The University of Queensland, Brisbane St Lucia (AU)
L'immagine
Autoregolazione della nodulazione nelle leguminose
La nodulazione è un complesso fenomeno simbiotico tra specie vegetali (prevalentemente leguminose) e batteriche (del genere Rhizobium e affini) che porta alla formazione di noduli nelle radici delle leguminose. In questi noduli l'azoto presente nell'aria è convertito in ammoniaca e diventa utilizzabile per la formazione di proteine e acidi nucleici. La nodulazione delle radici viene regolata sia da fattori esterni come la temperatura e l'acidità del suolo, sia da fattori interni, e cioè da un sistema di comunicazione molecolare, per altro ancora non ben decifrato.
Per studiare questo meccanismo, gli autori della ricerca da cui sono tratte le immagini (pubblicata su PLOS Computational Biology) hanno utilizzato dei modelli informatici della crescita di due varianti della soia: una variante che manifesta la capacità di autoregolazione dei noduli in quanto dotata di un sistema di comunicazione molecolare tra foglie e radici, e un'altra non dotata di questo sistema che produce una quantità esagerata di noduli.
L'immagine principale visualizza la struttura della radice di un organismo virtuale in cui il sistema di autoregolazione della nodulazione è funzionante.
L'immagine correlata rappresenta la localizzazione delle ipotetiche molecole che fungono da inibitori della nodulazione nella radice, in due diversi esperimenti virtuali il 5o, il 10o e il 16o giorno dopo la "semina". Nei due diversi organismi virtuali utilizzati nei due esperimenti esperimenti il collegamento tra le foglie e le radici era rispettivamente funzionante (colonna di sinistra) o non funzionante (colonna di destra). I toni sul blu indicano una bassa concentrazione, quelli verso il rosso una concentrazione più alta.
La tecnica
Simulazione di botanica computazionale
Le immagini documentano un esperimento di complementazione computazionale, realizzato con modelli strutturali. In genetica classica, la complementazione è un metodo che permette di stabilire rapporti di causalità tra mutazioni genetiche e organismi mutanti. La complementazione computazionale è una tecnica che coinvolge invece organismi virtuali, cioè modelli del funzionamento e della struttura di organismi vegetali. Questi modelli strutturali e funzionali descrivono la struttura e la crescita della specie rappresentata.
Gli organismi virtuali su cui si basa la ricerca sono stati generati con L-studio, un pacchetto software sviluppato e distribuito dalla University of
Calgary (CA). Oltre a vari programmi che simulano processi ambientali e un'interfaccia grafica, questo pacchetto contiene due programmi principali CPFG (Plant and Fractal Generator with Continuous parameters) e LPFG (Plant and Fractal Generator L-system Language) che producono una rappresentazione visiva del modello a partire da una descrizione generativa delle della sua struttura.
I file da cui partono questi programmi di simulazione sono chiamati L-system o sistemi di Lindenmayer, dal nome del botanico teorico ungherese Aristid Lindenmayer (1925–1989) che li ha messi a punto all'Università di Utrecht negli anni '60. Si tratta di grammatiche formali generative che producono ricorsivamente strutture frattali auto-somiglianti. Inizialmente i sistemi di Lindenmayer simulavano la crescita di cellule di funghi microscopici, ma successivamente sono stati utilizzati per la descrizione della crescita anche di organismi superiori e altre complesse morfologie frattali.
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.
