Bacteriile sunt matematicieni

0

Pentru marea majoritate dintre noi bacteriile sunt niste organisme simple si poate parea surprinzator ca ele sunt capabile de gandire sofisticata in ceea ce inseamna propria lor fiinta. Exact ca in cazul albinelor, bacteriile sunt capabile de calcule matematice. De exemplu: atunci cand sunt puse fata in fata cu o situatie de viata sau de moarte, bacteriile sunt capabile sa foloseasca o versiune extrem de sofisticata a „teoriei joculrilor” pentru a isi vedea optiunile si a decide care este cel mai bun curs al actiunii.

Bacteriile pot comunica chimic una cu cealalta in legatura cu factori precum densitatea coloniei si activitatea celulelor din jur, permitand luarea unor decizii complexe pentru a se adapta la situatiile de mediu.

„Folosind aceasta forma de comunicare de la celula la celula, colonii de biloane sau trilioane de bacterii pot ajunge la un consens in legatura cu actiunile lor, fapt ce poate impacta oameni. Bacterii care inainte existau la nivelul pielii si erau inofensive, de exemplu, isi pot schimba semnalele chimice si pot ajunge la n consens in legatura cu faptul ca sunt destul de multe pentru a incepe o infectie. In acelasi fel bacteriile pot decide sa se lege impreuna in comunitati denumite biofilme, ceea ce face ca numeroase boli cronice sa fie greu de tratat – infectiuni urinare, de pilda”, spune José Onuchic de la Rice University din Houston.

Exista multe motive pentru care cercetatorii considera vitala intelegerea acestui tip de comunicare intre celule.

„Intelegand cum celulele iau decizii, ar putea sa permita cercetatorilor sa controleze aceste decizii. S-ar putea deschide usa dezvoltarii unor medicamente mai bune fara atatea efecte secundare. De exemplu, odata ce am inteles acest proces, putem sa blocam anumite mesaje chimice ce semnaleaza unei tumori sa creasca, dezvoltand un tip de medicina ce nu ar afecta celelalte procese ale corpului, reducand sau eliminand efectele secundare”, spune Onuchic.

„Teoria jocurilor” este o teorie matematica ce lucreaza cu strategii pentru maximizarea castigurilor si minimizarea pierderilor in cadrul unor reguli fixe, precum cele ale unui joc de carti.

 

Sunt viata si moartea doar un joc? Matematicienii spun ca ele urmaresc aceleas reguli. Imagine: National Park Service.

Onuchic a studiat bacteriile comune din sol, Bacillus subtilis in diverse medii stresante, precum seceta, radiatie sau suprapopulatie.

membrii al coloniei de B. subtilis se pot decide sa raspunda la mediul stresant intr-o zi sau doua. Ei pot lua decizia sa se transforme inapoi in spori, o existenta asemanatoare hibernarii. Alternativ, pot opta sa treaca intr-o stare numita competenta.

Ca spori, bacteriile scapa de jumatate de ADN, eliberanbdu-l in mediu, si apoi se imbraca intr-o coaja groasa precum o armura ce le permite sa supravietuiasca conditiilor neprielnice pentru decenii. Formarea unui spor implica mai mult de 500 de gene si poate dura circa 10 ore.
Atunci cand conditiile se imbunatatesc, sporii se transforma inapoi in bacterii. Majoritatea bacteriilor in fata conditiilor de mediu nefavorabile, devin spori. Insa, cateva – aproximatic 1-2% – „vad” ca vecinii lor se transforma in spori si decid sa devina competenti. Facand acest lucru, ei preiau parte din ADN-ul aruncat intr-un efort de a se adapta la conditiile dure de mediu.

 

Simularea unei colonii de P. dendritiformis, prin bunavointaf Eshel Ben-Jaob –  Bacterial Cybernetics Group

„Sporificarea este un proces drastic si traumatizant”, spune Onuchic. „Avantajul competentei este ca celula s-ar putea adapta si ar putea trai normal fara acest comportament drastic. Insa competenta este riscanta – daca nu se imbunatatesc conditiile destul de repede, celula competenta poate muri inainte de a avea ocazia de a deveni spor. De asemenea, sporii ar putea decide sa iasa din hibernare si sa intre in competitie pentru resurse. Este o decizie complicata”.

Cercetarile lui Onuchic sugereaza ca modul in care celulele iau decizii este asemanator teoriei jocurilor, un concept folosit in matematica pentru a analiza conflictele si cooperarea si a fost facut faimos de catre cartea si de catre filmul premiat in 2001,  A Beautiful Mind, bazat pe viata lui John Nash, laureat Nobel in economie.

„Bacteriile iau decizii bazate nu numai pe ceea ce stiu despre ele insele si despre mediu, dar se si gandesc la ceea ce ar putea face celelalte bacterii. Apoi decid in mod colectiv vorbind cu „vecinii lor” prin schimbul de peptide. Acest proces a fost numit Twitterul chimic”, spune Onuchic.

sursa:

Află cum să scapi de oboseală și să-ți crești nivelul de vitalitate

Share.

About Author

Razvan este arhitect, ca si formare, un spirit-ghid, ca si chemare.

Leave A Reply

Citește articolul precedent:
ELI-be-RA-re

Un joc de cuvinte, sau poate o mare dezvaluire...  sau poate doar un mic filmulet mare, o animatie care intuitiv-cretiv...

Închide