Mar 11

La melma policefala ha capito tutto **

Questo articolo è inserito nella sezione d'archivio "L'intelligenza che non ti aspetti" (in "Vita, Intelligenza, Astrobiologia")

Benché poco conosciuto, il Physarum polycephalum (che abbiamo già avuto l'onore di conoscere QUI), anche chiamato melma policefala, può probabilmente essere considerato l'organismo più "intelligente" dell'Universo. Anche se è un argomento che sembrerebbe avere poco a che fare con il Cosmo, alla fine  -forse- la penserete come me.

Una volta tanto mi affido a Wikipedia (dopo aver controllato la versione americana e  qualche articolo ufficiale ) per presentare il nostro attore principale: un organismo monocellulare, simile alle amebe, di dimensioni tali da essere visibile anche senza apparecchiature sofisticate. Basta il nostro occhio.

Abbiamo già avuto a che fare con organismi ultra semplici che ci hanno veramente sconvolto. Ricordiamoci del "bombo", capace di risolvere automaticamente il problema del commesso viaggiatore, ancora insoluto da un punto di vista matematico. E nemmeno ci è sfuggito il simpatico stercorario, quello scarabeo che si trascina sempre la sua pallina di sterco e che esegue strane danze che solo da poco abbiamo capito che non sono altro che momenti di orientamento sulla base della Via Lattea. Vi ricordate anche la famosa ameba del fango, organismo privo di cervello eppure capace di RICORDARE. Insomma, esempi di questo tipo ce ne sono tantissimi e tutti veramente sorprendenti. Spesso, però, vengono classificati come "istinto animale" o poco più. Non ci deve sfuggire, però, come le stesse piante siano capaci di sfruttare praticamente il 100 % dell'energia solare, non solo senza spendere un euro, ma regalandoci addirittura l'ossigeno di cui abbiamo un  enorme bisogno (non confondiamola con l'energia ricavata dalla biomassa che è una combustione di materiale organico!). L'uomo vorrebbe imitarle, ma, per il momento, sembra ancora al livello di un cavernicolo.

A questo punto potrebbe venirci, nella nostra mente così complessa, ma anche ancora così confusa, una domanda: "Ma siamo veramente più intelligenti noi che facciamo una fatica enorme a capire i misteri della Natura e che pasticciamo terribilmente quando cerchiamo di imitarla, o è più intelligente chi sa svolgere certi compiti senza alcun problema apparente?" In modo quasi parallelo, ricordiamoci di cosa diciamo quando vediamo la nostra rete neuronica e i filamenti tra le galassie. "Accidenti, che combinazione! La Natura sembra proprio ripetersi... Chissà qual è il vero legame tra configurazioni così diverse come dimensioni e così simili come apparenza...". Ma andiamo anche oltre e ci sentiamo intelligenti perché finalmente abbiamo scoperto i frattali e abbiamo visto come la spirale sia una forma amata particolarmente dalla Natura , a tutte le scale di grandezza (QUI). Poi, con abilità manuale e intellettiva mettiamo in pratica tanti germogli di idee e costruiamo tecnologie fantastiche che riproducono molte delle nostre azioni e ci spingono verso un futuro radioso fatto di smartphone, di satelliti che vieteranno la visione dell'Universo più lontano, di impreparazione a combattere contro un virus che senza alcuna tecnologia d'avanguardia ci ha gettato nel panico e nell'angoscia più nera.

Forse, forse, le parole ISTINTO e INTELLIGENZA andrebbero riviste con molta attenzione, anche se temo che l'homo sapiens sapiens non sappia ancora capirne il vero significato e lo intenda solo da un punto di vista egocentrico.

Fatte queste dovute premesse, poniamoci un altra domanda: "E' più intelligente (secondo il nostro modo di intendere questa parola) chi lotta disperatamente per capire e imitare le regole della Natura o chi è ormai riuscito a farle sue e a comprenderle perfettamente?" La ricerca scientifica dovrebbe essere diretta verso la comprensione  e quindi dobbiamo concludere che la nostra intelligenza deve ancora farne di strada...

Andiamo, allora, a fare conoscenza con la nostra amica melma policefala. Si trova un po' dappertutto, nei boschi, sui vecchi tronchi e le foglie marcescenti. Il suo colore è giallastro e la sua forma ovviamente cangiante a seconda delle attività che sta svolgendo.

Su Wikipedia si legge: "Il P. polycephalum è uno dei microbi eucarioti più facili da far crescere in coltura, ed è stato utilizzato come organismo modello per molti studi che coinvolgono il movimento ameboide e la motilità delle cellule. La maggior parte degli organismi riceve il DNA mitocondriale dalla madre, ma non si sa da dove il P. polycephalum riceva il suo DNA mitocondriale, in quanto al momento non è possibile distinguere tra maschio e femmina". Beh... per semplice che sia, lo stiamo usando come modello e riesce benissimo a preservare la sua "privacy". Ma andiamo avanti... La fase vegetativa principale del P. polycephalum è la forma attiva e mobile della muffa, il plasmodio, che è è costituito da reti di vene protoplasmatiche, e molti nuclei. È durante questa fase che l'organismo cerca cibo, attraverso il plasmodio che lo circonda e lo digerisce utilizzando enzimi.

Va bene, va bene, un piccolo grande cacciatore, capace solo di cercare cibo e procreare. Ha però un grande vantaggio (che noi ancora non abbiamo anche se lo cerchiamo disperatamente):  le condizioni ambientali portano il plasmodio ad essiccare durante la nutrizione o la migrazione. I nostri amici monocellulari formano un tessuto indurito che serve come fase dormiente, proteggendo il Physarum per lunghi periodi di tempo. Una volta che le condizioni favorevoli si ripresentano, il plasmodio riappare per proseguire la sua ricerca di cibo. Basta avere pazienza e capacità di rilassarsi al momento giusto. Noi non ne siamo certo capaci, non per niente appena c'è una crisi corriamo tutti ai supermercati per fare rifornimento di cibo.

Come l'approvvigionamento di cibo termina, inizia la fase riproduttiva, attraverso la creazione di spore che poi vengono rilasciate e trascinate dal vento.  C'è un tempo per alimentarsi e uno per... l'amore!

Le spore, i loro "figli",  possono rimanere latenti per anni se necessario. Tuttavia, quando le condizioni ambientali sono favorevoli per la crescita, le spore germinano e rilasciano sciami di cellule che poi si fondono per formare un nuovo insieme melmoso. I figli riescono sempre a trovare lavoro, aspettano e poi si uniscono in gruppi e cominciano il loro ciclo da adulti: sanno aspettare e sopravvivere da soli.

Adesso, però, cominciamo a entrare nella parte più complessa della loro vita. Cominciamo con la locomozione...

Il movimento di un P. polycephalum è chiamato flusso di spola, caratterizzato dal ritmico andirivieni del flusso del protoplasma; l'intervallo di tempo è di circa due minuti. Si ha una contrazione e rilassamento di uno strato membranoso e lo strato di filamenti crea un gradiente di pressione, oltre il quale il protoplasma fluisce entro i limiti della periferia cellulare. La forza dietro il flusso  è generata da variazioni di volume sia nella periferia della cellula che nel sistema di invaginazione della membrana cellulare. Mamma mia, un bel sistema per una cellula e senza bisogno di usare vapore, petrolio o elettricità. Sì, ma continuiamo a sorridere... lo fanno anche i serpenti e anche noi ci muoviamo in mille modi. Finiamola con queste meraviglie che sono cose da poco, in fondo...

Andiamo oltre, allora, e passiamo alla parola magica: intelligenza. Bene, i nostri amici hanno una caratteristica che li hanno resi oggetto di studi recenti: la capacità di esplorare labirinti evitando di ritornare su percorsi già esplorati sfruttando una secrezione come "memoria" esterna. Questa capacità è resa ancor più interessante dal fatto che essendo unicellulari non possiedono evidentemente alcun sistema nervoso e la loro abilità viene studiata anche nel campo dei robot mobili autonomi.

Ahi, ahi, cominciamo a entrare nel  difficile, nel misterioso e, addirittura, cominciamo a cercare di copiarli. Sì, ma allora se cerchiamo di copiare qualcosa o qualcuno, che sa fare quello che noi non sappiamo fare, è un po' strano parlare di istinto e non di intelligenza vera. Insomma, loro sanno fare cose che noi ancora non sappiamo fare. Questo è il punto chiave.

Leggiamo cosa dice Wikipedia: "Porzioni di muffa melmosa erano attirate dentro un labirinto di 30 cm2 da grumi di cibo posizionati alla fine del percorso. I ricercatori hanno concluso che la creatura ha mostrato un tipo di intelligenza primitiva. Normalmente, la melma espande la propria rete di tubi simili a gambe, o pseudopodi, per riempire tutto lo spazio disponibile. Ma quando due pezzi di cibo sono stati collocati in punti di uscita separati nel labirinto, l'organismo ha stirato il suo intero corpo tra le due sostanze nutritive. Ha adottato il percorso più breve possibile, in modo efficace per risolvere il rompicapo." Eh sì, niente male... ma continuiamo a chiamarla intelligenza PRIMITIVA, mentre noi, che non sappiamo farlo, abbiamo una intelligenza EVOLUTA.

Ma la faccenda non è ancora finita... Ecco cosa riporta ancora Wikipedia: "Il biofisico Toshiyuki Nakagaki dell'Hokkaido University e i suoi collaboratori hanno modificato l'ambiente della muffa melmosa di Physarum. Una volta strisciate attraverso una piastra di agar, i ricercatori hanno sottoposto le cellule a freddo e asciutto per i primi 10 minuti di ogni ora. Durante questi periodi freddi, le cellule hanno rallentato il loro moto. Dopo tre colpi di freddo gli scienziati hanno smesso di modificare la temperatura e l'umidità e si sono messi a guardare se le amebe avevano imparato lo schema. Infatti, molte delle cellule rallentavano in accordo sull'ora in attesa di un altro attacco di freddo. Quando le condizioni sono rimaste stabili per un po', le amebe della muffa melmosa hanno abbandonato il loro orario di frenata, ma quando un solo altro colpo di freddo è stato applicato, hanno ripristinano il comportamento e correttamente hanno ricordato l'intervallo di 60 minuti. Le amebe sono state anche in grado di rispondere ad altri intervalli, che vanno dai 30 ai 90 minuti."

Posso dirlo? Molti dei ragazzotti cellularizzati di oggi non arriverebbero certamente a certe PREVISIONI e a certe accortezze. No, l'intelligenza PRIMITIVA sembra superare quella EVOLUTA.

Andiamo avanti... Andrew Adamatzky  dell'Università del West England a Bristol, ha illustrato come sia possibile puntare, orientare e separare con precisione il plasmodio con la luce e fonti di cibo. Poiché i plasmodi reagiscono sempre allo stesso modo per lo stesso stimolo, Adamatzky dice che sono il substrato ideale per i futuri ed emergenti bio-dispositivi di elaborazione. Notate come si guarda sempre allo sfruttamento e come si cerca sempre di minimizzare le reazioni che si dicono volute da noi. Ma nessuno pensa mai che siano cercate e stimolate da... "loro".

Lo so, lo so, molti sorrideranno su queste mie farneticazioni fantasiose e quasi infantili... Ma desso è ora di tornare al Cosmo. Poche parole... il resto, la riflessione finale la lascio a ciascuno di voi...

L'Universo si è formato probabilmente all'atto del Big Bang. Poi si è creata la materia che ha cercato di distribuirsi nel modo migliore. Spazio ne aveva e anche tanto cibo (idrogeno) a disposizione. Fondamentale era creare una rete che legasse le nuove creature che stavano crescendo. Una rete dedicata al transito dell'informazione e delle stesse "merci". Una rete autostradale praticamente infinita, ma rigorosa e perfetta, capace di minimizzare spostamenti e tempi. Il Cosmo c'è riuscito ed è meraviglioso veder come le varie galassie, le varie città cosmiche, siano collegate tra loro da quell'intrico di filamenti che a noi piace accostare alla nostra rete neuronica.  Anche i più illustri e preparati scienziati darebbero chissà che cosa per capire come funziona e come si è costruita una rete così straordinariamente efficiente. Ma, purtroppo, l'INTELLIGENZA umana è ancora lontana da capire tutti i segreti già messi in atto 13 miliardi di anni fa. La Scienza fa simulazioni, cerca di inserire materia chiara e oscura, di aggiungere algoritmi strani e contorti. Ma il senso generale sfugge ancora e soprattutto sfugge come il tutto sia stato preparato e messo in azione in tempi brevissimi, considerando la vastità dello spazio occupato.

Noi uomini intelligenti facciamo crollare ponti e gallerie e poi non capiamo mai  (o lo capiamo troppo bene) perché non hanno funzionato. Nel giro di pochi mesi è andata in crisi la nostra misera rete autostradale, mentre quella del Cosmo è sempre in perfetta efficienza e non ha nemmeno avuto bisogno di manutenzione esterna. Non parliamo poi di quando arriva un virus nuovo... E' il caos e veramente si vede come la popolazione umana si divida in IDIOTI completi e in idioti con un minimo di intelligenza. I secondi sempre una minoranza...

Perché vi dico questo? Perché un gruppo di ricercatori, di cui uno amante e studioso della Natura (ricordiamoci che solo osservandola Leonardo è diventato -forse- il più grande genio di tutti i tempi), ha cercato di simulare nel modo più semplice la rete che collega milioni e milioni di galassie, quella distribuzione dei filamenti e delle loro intersezioni che resta ancora uno dei punti più misteriosi dell'Universo e uno dei grandi limiti della nostra comprensione. Ebbene, il risultato è stato quasi imprevedibile e sconvolgente. Il modello migliore, quasi perfetto per riprodurre quell'intrico  di trasmissioni,  di cibo e di informazioni, è stato proprio  il sistema usato dalla nostra melma policefala. In poche parole, lei conosce perfettamente come ha funzionato l'Universo per creare un insieme unico e connesso, altro che rete internet o rete di satelliti capaci solo di nascondere la bellezza e la sapienza del Cosmo! Non solo la conosce, ma la continua ad applicare con una facilità irrisoria e noi non dobbiamo fare altro che farcela spiegare da lei.

Questo intrico di filamenti è la ricostruzione del "web comico" creata sulla base della posizione e massa di 37 000 galassie, utilizzando un algoritmo basato sulla crescita della melma policefala. Una sovrapposizione mostruosamente perfetta, come si può vedere nei riquadri sottostanti, dove da un lato vi sono le galassie e dall'altro le stesse come vengono raggiunte lasciando libere di agire il nostro amico melmoso Fonte: Burchett et al., ApJL, 2020)
Questo intrico di filamenti è la ricostruzione del "web cosmico" creata sulla base della posizione e massa di 37 000 galassie, utilizzando un algoritmo basato sulla crescita della melma policefala. Una sovrapposizione mostruosamente perfetta, come si può vedere nei riquadri sottostanti, dove da un lato vi sono le galassie e dall'altro le stesse come vengono raggiunte lasciando libere di agire il nostro amico melmoso. Fonte: Burchett et al., ApJL, 2020.

Abbassiamo l'orgoglio e la prosopopea e andiamo a scuola dai veri maestri, anche se sembrano solo macchie di fango che fanno rabbrividire tante altezzosi e boriosi esemplari dell'homo sapiens sapiens (ma non troppo). Non voglio nemmeno dire altro, ormai avete capito il punto profondo su cui dobbiamo riflettere.

Il legame tra rete cosmica vecchia di 13 miliardi di anni e il sistema di sopravvivenza (ma solo quella?) del Physarum e della sua abilità nel sapersi muovere e ottenere il massimo, non può che farci riflettere, pensare e sentirci sempre più piccoli e umili.

Vi allego a un breve filmato più che esplicativo...

Articolo originale (da non perdere!) QUI

 

11 commenti

  1. maurizio bernardi

    Argomento estremamente stimolante ed attuale.

    La capacità di elaborare efficaci strategie di sopravvivenza,  tipica degli organismi biologici, è certamente un indicatore di intelligenza che rispecchia/imita  la auto-organizzazione cosmica.

    Un paio di anni  fa avevo letto una notizia relativa ad un insospettabile e minuscolo stratega che ha risolto in modo geniale il tragico assillo dell'umanità, ossia la morte dell'individuo.

    La scoperta risale al 1988. Ecco il riferimento

    https://scienze.fanpage.it/si-chiama-turritopsis-nutricula-ed-e-immortale-come-fa-la-medusa-a-rinascere-da-se-stessa/

  2. interessantissimo Mau! Come fanno le stelle che tornano allo stato di idrogeno (etc.) non ionizzato in attesa di riprendere il ciclo vitale. In fondo lo fanno anche i nostri protoni & co... con la differenza che non è detto che ritornino a far parte di un organismo biologico. Può darsi che conoscendo gli uomini preferiscano altre strade  :mrgreen:

  3. Maurizio Rovati

    "Non ci deve sfuggire, però, come le stesse piante siano capaci di sfruttare praticamente il 100 % dell'energia solare…"

    Non mi sento d'accordo su questa frase, per quanto ne so l'efficienza della fotosintesi è piuttosto bassa, mi pare intorno all' 1%.

    http://www.treccani.it/enciclopedia/fotosintesi_res-14be5da2-8baf-11dc-8e9d-0016357eee51_%28Enciclopedia-Italiana%29/

  4. caro Maurizio,

    il fatti importante è che le piante non utilizzano tutte le lunghezze d'onde e  assorbono solo quello che è necessario. Non vi è spreco, in sintesi... Certo, starebbero meglio con maggiore CO2.

    Perché mai, allora, si farebbero studi su studi per imitare le foglie nei laboratori in giro per il mondo? C'è molta confusione a riguardo tra sfruttamento delle biomasse e efficacia della fotosintesi per le piante. Loro sanno prendersi sempre tutta quella necessaria... vedi qui ad esempio. Non confondiamole con i pannelli solari che vorrebbero assorbirne di più ma non ci riescono.

    https://oggiscienza.it/2014/11/24/efficienza-fotosintetica/

  5. Mettiamola così: le piante usano una piccola parte dell'energia solare che le investe perché le basta così. Noi perché non riusciamo ad assorbirne e conservare di più... C'è una bella differenza.

  6. Maurizio Rovati

    Come l'hanno scritta sembrerebbe che la fotosintesi sia in grado di fare miracoli, di conseguenza l'implementazione di colture per bio carburanti sarebbe auspicabile ed efficace.

    Ma la realtà è un'altra e la produzione di bio fuel con un rendimento così basso è praticamente inutile e in certi casi dannosa. Per esempio in Brasile viene coltivato a canna da zucchero gran parte del territorio proprio per ricavare alcol da autotrazione. Questo causa, direttamente o indirettamente, perdita di terreno forestale in Amazzonia.

    Anche la palma da cui si ricava l'olio della Nutella è stata sfruttata per produrre bio diesel-cherosene (erano interessate le compagnie aeree) con le conseguenze ridicole che abbiamo sotto il naso.

  7. ma io sono assolutamente contro il biodiesel e lo sfruttamento delle biomasse. Non è certo quella una fotosintesi... né una foglia artificiale.

  8. Maurizio Rovati

    Caro Enzo. Non sono qui ad accusarti di nulla. La frase che non condivido contiene, secondo me, implicitamente che lo sfruttamento delle biomasse ha un buon rendimento energetico. Il che è sbagliato, o fuorviante, anche se consideriamo che la fotosintesi lavora a banda stretta, qualunque sia la ragione per cui lo fa.

  9. mi sembra sia stato chiarito... comunque posso aggiungere una mezza frase..

  10. Giovanni

    La memoria spaziale della muffa senza cervello
    Una muffa unicellulare, Physarum polycephalum, detta anche melma policefala, è in grado esplorare un labirinto senza ritornare sui percorsi già battuti, dove evidentemente “ricorda” di essere già passata, poiché, pur essendo priva di un sistema nervoso, sfrutta come “memoria esterna” una sua secrezione. La scoperta arriva da una ricerca ispirata allo studio dei movimenti dei robot mobili autonomi.

    Gli automi cellulari riescono ad imitare il comportamento di questa muffa!!!
     Ma che cosa è un automa cellulare?  Consiste di una griglia costituita da celle, per ogni cella è necessario definire l’insieme delle celle che sono da considerare “vicine” alla cella data. Ogni cella cambierà valore contemporaneamente a tutte le altre, secondo una regola fissata che è funzione delle celle vicine. Nell'articolo Il labirinto e gli automi cellulari l’automa cellulare   Celle Autome.xls  trova il percorso di uscita del labirinto ovvero il cibo posto nel labirinto.
    labirinto

    Come funziona

    Le pareti del labirinto sono indicate con le celle di colore blu e valore "=0". Il cibo/frutto è indicato con celle di  colore giallo e valore "=1".  I percorsi del labirinto sono  le celle di che possono assumere valore 0 e colore bianco oppure 1 e colore.

    In tali celle è inserita la formula di cui riporto come esempio la formula della cella H2: "=SE((H1+I2+H3+G2)>=AN1;1;0) ".

    Essa calcola per ogni cella la somma dei valori delle celle poste ai suoi 4 lati.

    Con la casella di controllo Labirinto si cambia il valore della cella da AN1= 0  ad  AN1= 2.

    1. Per AN1 = 0 la condizione  della formula "somma lati >=AN1= 0"  è verificata per tutte le celle pertanto esse assumono valore 1 e colore rosso. In tale fase le celle "esplorano" il labirinto e individuano i frutti/cibo;
    2. Per AN1 = 2  la condizione della formula "somma lati >= AN1= 2"  è verificata solo per  le celle  a contatto col cibo/frutto, pertanto esse assumono valore 1 e colore rosso.  Le celle non a contatto col cibo "rami  senza frutto" hanno invece "somma lati =1"  pertanto   assumono valore =0 e colore bianco. Rimangono alla fine solo le celle "poste sui rami col frutto" di valore =1  e colore rosso che individuano il percorso di uscita dal labirinto. Nella fase 2 in sostanza vengono escluse, per iterazione, le celle che si trovano sui rami senza frutti, ossia che non hanno uscite.

    Nell'esempio Excel è possibile cambiare le celle/frutti dando alle vecchie celle valore =0 e alle  nuove celle valore =1.

    Rimango meravigliato come semplici interazioni fra celle possano risolvere problemi che sembrano complessi ma ancora di più come la  natura sembra conoscere l'ambiente circostante e comportarsi in maniera simile all'esempio riportato.

  11. maurizio bernardi

    Caro Giovanni, la tua meraviglia è giustificata e condivisibile.

    L'argomento Automi cellulari , ossia i modelli matematici particolarmente adatti allo studio di sistemi fisici complessi tramite simulazioni su computer, è affascinante fin dalle sue lontane origini  che risalgono a una quarantina di anni fa.

    Posseggo  un libro del 1991, ormai introvabile , intitolato Automi cellulari , che fornisce una limpida introduzione all'argomento. Chi volesse sfruttare le potenzialità della rete per avvicinarsi all'argomento ha a disposizione il testo di Stephen Wolfram "A new kind of science"  a questo link https://www.wolframscience.com/nks/

    Stephen Wolfram è un fisico e matematico britannico, noto per i contributi nella fisica delle particelle, teoria della complessità, automi cellulari e algebra simbolica. È altresì noto per essere il fondatore di Wolfram Research Inc. e uno dei principali ispiratori e sviluppatori dell'ambiente di calcolo Mathematica

    Molti di noi usano i suoi generatori online di plot di funzioni, e calcolo di derivate e integrali  (gratis).

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