La matematica può spiegare uno dei fondamenti fondamentali della vita complessa

Le endosimbiosi sono ovunque: la maggior parte della nostra energia è generata dai mitocondri all’interno delle nostre cellule, le piante dipendono dai cloroplasti per la fotosintesi e molti insetti non possono riprodursi senza i loro endosimbionti. Tuttavia, questa è solo la punta dell’iceberg quando si parla di endosimbiosi.

– Le relazioni endosimbiotiche sono incredibilmente diverse e complesse. Una nuova ricerca ha dimostrato, ad esempio, che gli endosimbionti possono determinare se gli embrioni possono formarsi o meno con successo e persino controllare lo sviluppo embrionale, afferma Lucas Santana Souza, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Umeå e uno dei coautori dell'articolo.

Le relazioni endosimbiotiche sono incredibilmente diverse e complesse

Sebbene l'endosimbiosi sia onnipresente, può essere difficile da studiare.

– Considera l'origine dei mitocondri nelle nostre cellule. Originariamente era un organismo separato, ma attraverso l'endosimbiosi avvenuta centinaia di milioni di anni fa, divenne una parte importante di tutta la vita complessa. Ma non possiamo studiare un evento così antico e raro ricreandolo in laboratorio o tornando indietro nel tempo, servono altri metodi. I modelli matematici sono un ottimo strumento, afferma Eric Libby, coautore dello studio e docente senior presso il Dipartimento di Matematica e Statistica Matematica.

Le barriere coralline possono fornire conoscenze importanti

I modelli matematici possono aiutarci a capire come diversi fattori influenzano l’interazione tra gli endosimbionti e i loro ospiti. Nell'articolo, gli autori dimostrano come la modellazione matematica possa essere applicata per generare nuove idee e integrare gli studi sperimentali. Indicano inoltre aree importanti per ulteriori indagini.

Un esempio di ciò riguarda le barriere coralline e i loro endosimbionti, il che è di particolare interesse ora che lo sbiancamento dei coralli sta diventando più comune in tutto il mondo a causa delle crescenti ondate di calore. Nel caso dello sbiancamento dei coralli, il corallo espelle i suoi endosimbionti e perde la capacità di produrre cibo, cosa che può portarlo alla morte. È interessante notare che i coralli possono sostituire i loro endosimbionti con altri che migliorano la loro capacità di resistere alle ondate di calore. Questa è una delle aree di ricerca a cui è interessato il coautore dello studio Adriano Bonforti, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Umeå.

– La sfida è capire quando i coralli devono cambiare la composizione dei loro endosimbionti, ad esempio, in modo tale che una specie diventi dominante sulle altre, alterando così la risposta del corallo ai fattori di stress. I modelli matematici possono suggerire possibili ragioni per quando e come i coralli dovrebbero farlo. Secondo lui i risultati di questi approcci teorici possono aiutare a guidare la futura ricerca empirica.

Due ambiti di ricerca si intrecciano

Gli autori chiedono inoltre una maggiore collaborazione tra i ricercatori sull’endosimbiosi. Tracciano paralleli tra le relazioni endosimbiotiche e l'interazione tra modellatori matematici e sperimentali. Entrambi hanno approcci e background diversi, ma secondo loro il risultato della loro collaborazione può essere molto gratificante.

– Pensa ai designer come preziosi partner di collaborazione che traggono ispirazione e pongono domande provocatorie basate su preziose scoperte empiriche. In questo contesto, i designer contribuiscono semplificando concetti complessi, rivelando processi sottostanti e aprendo nuove aree di esplorazione. Lucas Santana Souza afferma: Attraverso questo articolo speriamo di riunire i due campi e indicare direzioni fruttuose per la ricerca sull'endosimbiosi.

Gli autori vedono già dei vantaggi in questo tipo di collaborazione.

Il processo di scrittura di questo articolo mi ha aiutato a contestualizzare il mio ruolo in questo campo interdisciplinare. Ho già notato che lavorare sull’articolo ha influenzato il modo in cui affronto i nuovi problemi e mi ha dato nuove prospettive su come la matematica può fornire spunti sia sull’endosimbiosi che su un’ampia gamma di sistemi biologici, dai microbi a interi ecosistemi, afferma Josephine Solweg . -Wedderburn, coautore e ricercatore post-dottorato presso l'Università di Umeå.