Perché le strisce del manto degli animali sono così e non cosà?
Nuovi modelli matematici tentano di decifrare quello che ancora non è chiaro sulle strisce del manto di molti animali. Perché hanno proprio quella forma, quella dimensione, quell'orientamento?
SCOPERTE – Dai tempi in cui il matematico Alan Turing girava tra i colleghi con disegni a macchie che ricordavano la pezzatura di una mucca tentando di dare un senso matematico ai pattern animali, molti scienziati – non solo matematici – si sono dati da fare per capire i motivi e i modi in cui si originano quei disegni. Eppure ancora non sappiamo esattamente come si formano.
Nel 2013 uno studio della Queensland University, pubblicato sulla rivista Zoology, ha chiarito che le strisce delle zebre hanno una funzione protettiva: quando si muovono in branco producono due tipi di illusioni ottiche – note come l’effetto ruota e l’illusione del palo del barbiere – nel tentativo di allontanare i predatori e gli insetti.
E anche le macchie di leopardo sono il frutto dell’adattamento (ne avevamo parlato qui): secondo uno studio, si tratterebbe di adattamento agli ambienti “densi” nei quali vivono questi predatori e dove, grazie alle macchie fornite dalla natura, possono mimetizzarsi. Quella non era la prima ricerca che dava una spiegazione adattativa alla pelliccia dai disegni irregolari dei felini, ma di certo la prima a collegare nel dettaglio (usando algoritmi matematici) gli schemi di colore sul manto di più di 30 specie selvatiche con i loro habitat e abitudini.
Il modello matematico prodotto da Turing fu la base di tutto questo e di molto altro. Capì che le strisce animali sono incredibilmente semplici da modellizzare dal punto di vista matematico: i pattern che si generano negli animali, dalle macchie alle strisce alle segnature più complesse, emergono quando l’interazione di sostanze crea onde di concentrazione più o meno alta di pigmenti, agenti chimici, o tipi di cellule. Ma ciò che il modello di Turing non può spiegare è perché le strisce si orientino in quella particolare direzione. La schiena della tigre, ad esempio, è dipinta di strisce parallele, spaziate in un certo modo e perpendicolari alla spina dorsale. Avrebbero potuto essere dipinte anche in altri modi. Ecco perché dagli anni Cinquanta a oggi i matematici hanno continuato a modellizzare scenari possibili e, nell’ultimo numero di Cell System un gruppo di ricercatori di Harvard hanno assemblato una grossa selezione di modelli sviluppati nel corso del tempo convogliandoli in un’unica equazione per identificare quali siano le variabili che controllano la formazione delle strisce negli organismi viventi.
Il lavoro di questo gruppo di ricerca si è concentrato sull’orientamento delle strisce chiedendosi, per esempio, perché sulla schiena della tigre siano perpendicolari alla spina dorsale, mentre siano orizzontali nel pesce zebra. Una prima sorpresa derivante da questo modello integrato è che pare basti un minuscolo cambiamento al modello per invertire il verso delle strisce. Almeno, questo succede all’interno dell’equazione. Ora non si sa ancora, però, come questo si traduca nel disegno di un organismo vivente, cioè quale sia, per esempio, la variabile che determinebbe il cambiamento nelle diverse specie animali.
“Noi possiamo descrivere cosa succede nella formazione delle strisce usando questa equazione matematica – ha spiegato il primo autore dello studio, Tom Hiscock, in una nota per la stampa – ma non credo che sapremo i dettagli esatti di quali molecole o cellule stiano mappando la formazione delle strisce. Il problema più grosso è la presenza di un enorme numero di interazioni, una rete fittissima, perciò qualsiasi parametro o gruppo di parametri può causare il cambiamento del pattern”.
Il suo modello, però, è in grado di prevedere tre maggiori “perturbazoni” capaci di modificare l’orientamento delle strisce. Il primo: una sostanza in grado di modificare la densità delle strisce. Il secondo: la presenza di una sostanza che cambi uno dei parametri coinvolti nella formazione delle strisce. E infine l’ultimo: un cambiamento di tipo fisico nella direzione dell’origine meccanica, molecolare o cellulare del pattern.
Certo, per ora si tratta soltanto di una teoria matematica. Ma, secondo Hiscock, siamo vicini ad avere gli strumenti sperimentali che ci chiariranno se la matematica la dice giusta sui sistemi viventi oppure no.
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