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Jul 01, 2023

Molde limoso cresce rede como o sistema ferroviário de Tóquio

Laura Sanders, Science News Engenheiros talentosos e dedicados passaram incontáveis

Laura Sanders, Science News

Engenheiros talentosos e dedicados passaram inúmeras horas projetando o sistema ferroviário do Japão para ser um dos mais eficientes do mundo. Poderia ter apenas perguntado sobre um bolor de limo.

Quando apresentados a flocos de aveia dispostos no padrão das cidades japonesas ao redor de Tóquio, fungos limosos unicelulares sem cérebro constroem redes de tubos de canalização de nutrientes que são notavelmente semelhantes ao layout do sistema ferroviário japonês, pesquisadores do Japão e da Inglaterra relataram em janeiro. 22 em Ciências. Um novo modelo baseado nas regras simples do comportamento do bolor limoso pode levar ao projeto de redes adaptáveis ​​mais eficientes, afirma a equipe.

Todos os dias, a rede ferroviária em torno de Tóquio precisa atender às demandas do transporte de massa, transportando milhões de pessoas entre pontos distantes de forma rápida e confiável, observa o coautor do estudo Mark Fricker, da Universidade de Oxford. "Em contraste, o bolor limoso não tem cérebro central ou, de fato, qualquer consciência do problema geral que está tentando resolver, mas consegue produzir uma estrutura com propriedades semelhantes à rede ferroviária real."

O fungo viscoso amarelo Physarum polycephalum cresce como uma única célula que é grande o suficiente para ser vista a olho nu. Ao encontrar várias fontes de alimento separadas no espaço, a célula do bolor limoso envolve o alimento e cria túneis para distribuir os nutrientes. No experimento, os pesquisadores liderados por Toshiyuki Nakagaki, da Universidade de Hokkaido em Sapporo, no Japão, colocaram flocos de aveia (uma iguaria de bolor limoso) em um padrão que imitava a maneira como as cidades estão espalhadas por Tóquio e, em seguida, soltaram o bolor limoso.

Inicialmente, o bolor limoso se dispersou uniformemente em torno dos flocos de aveia, explorando seu novo território. Mas em poucas horas, o bolor limoso começou a refinar seu padrão, fortalecendo os túneis entre os flocos de aveia enquanto os outros elos gradualmente desapareciam. Após cerca de um dia, o bolor limoso construiu uma rede de tubos de transporte de nutrientes interconectados. Seu design parecia quase idêntico ao do sistema ferroviário ao redor de Tóquio, com um número maior de túneis fortes e resilientes conectando aveia localizada centralmente. "Há um notável grau de sobreposição entre os dois sistemas", diz Fricker.

Os pesquisadores então pegaram emprestadas propriedades simples do comportamento do bolor limoso para criar uma descrição matemática inspirada na biologia da formação da rede. Como o molde limoso, o modelo primeiro cria uma rede de malha fina que vai a todos os lugares e, em seguida, refina continuamente a rede para que os tubos que transportam mais carga se tornem mais robustos e os tubos redundantes sejam podados.

O comportamento do plasmódio "é realmente difícil de capturar por palavras", comenta o bioquímico Wolfgang Marwan, da Universidade Otto von Guericke, em Magdeburg, Alemanha. "Você vê que eles se otimizam de alguma forma, mas como você descreve isso?" A nova pesquisa "fornece um modelo matemático simples para um fenômeno biológico complexo", escreveu Marwan em um artigo na mesma edição da Science.

Fricker aponta que tal sistema maleável pode ser útil para a criação de redes que precisam mudar com o tempo, como sistemas sem fio de curto alcance de sensores que forneceriam avisos antecipados de incêndio ou inundação. Como esses sensores são destruídos quando ocorre um desastre, a rede precisa redirecionar as informações com eficiência e rapidez. Redes descentralizadas e adaptáveis ​​também seriam importantes para soldados em campos de batalha ou enxames de robôs explorando ambientes perigosos, diz Fricker.

O novo modelo também pode ajudar os pesquisadores a responder a questões biológicas, como a forma como os vasos sanguíneos crescem para suportar os tumores, diz Fricker. A rede de vasos de um tumor começa como um emaranhado denso e não estruturado e depois refina suas conexões para serem mais eficientes.

Imagens: Ciência/AAAS

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