Uno dei motivi conduttori delle nostre riflessioni lungo questo decennale viaggio tra le immagini scientifiche è che possiamo disegnare la realtà naturale perché la realtà naturale si disegna da sé. A differenza dell’arte, almeno di quella tradizionale, che riprende le forme come ci appaiono dall’esterno, la scienza, soprattutto quella contemporanea, cerca di produrre le sue immagini scoprendo le regole interne di questa costruzione.

La natura segue e produce dei sentieri che la scienza si sforza di comprendere non solo con le sue simulazioni a livello atomico e molecolare, o con le osservazioni microscopiche a livello delle molecole nelle cellule o delle cellule nei tessuti degli organismi, ma anche a livello degli organismi stessi: sia unicellulari (che abbiamo ammirato nel numero di novembre 2010) sia vegetali e animali molto più complessi. A disegnare i percorsi visualizzati dalle immagini che presentiamo in questo numero sono state migliaia di formiche argentine.

La formica argentina, resa celebre da un racconto di Italo Calvino, è una specie molto invasiva, capace di costruire super-colonie delle dimensioni di varie centinaia di chilometri. Come altre specie, questa formica incanala il flusso dell’esplorazione del territorio con un meccanismo di rinforzo: le formiche si muovono in risposta a concentrazioni locali di feromoni che esse stesse contribuiscono a determinare con il loro passaggio.

Esaminando la sequenza delle immagini nel riquadro in basso possiamo osservare che all’inizio dell’esperimento le formiche si muovevano in tutte le direzioni, ma ben presto hanno cominciato a seguire delle vie preferenziali. Questi sentieri, che a volte vengono abbandonati, dipendono dalla differenza delle concentrazioni di feromoni che ogni formica trova alla sua destra o alla sua sinistra. L’immagine a colori visualizza le concentrazioni di feromoni inferita a partire dal numero di formiche passate sopra ogni punto nel tempo dell’esperimento.

Le immagini sono state ottenute con la tecnica della fotografia time-lapse (di cui abbiamo parlato nel numero di gennaio 2006). Rispetto alla ripresa cinematografica, questa tecnica garantisce un’alta qualità fotografica, in questo caso necessaria per esaminare la posizione e gli spostamenti di ciascuna formica.

La somiglianza delle nostre immagini con una rete idrica, un fulmine, le diramazioni dendritiche di un neurone o la vascolarizzazioni del bulbo come appare nelle foto del fondo oculare non è affatto casuale. Se in tutti questi casi l’andamento frattale (non lineare) del percorso dipende dalla casualità degli spostamenti, la loro linearità deriva da un criterio di economia generale che guida la scelta dei percorsi. L’acqua che percola nel terreno, una scarica elettrica, la formazione di una connessione neurale o di un capillare seguono tutti dei percorsi che dipendono da una legge generale del cosmo: “piove sempre sul bagnato”.

 

Le immagini inquadrano lo spazio circolare in cui erano libere di esplorare le operaie di una colonia di Linepithema humile, la specie volgarmente chiamata formica argentina. Nella figura in alto, le concentrazioni di feromoni stimate a partire dalla registrazione fotografica dei percorsi delle formiche. La concentrazione viene inferita dalla posizione delle formiche in un’ora di esplorazione di un’area chiusa di 10 cm di diametro.
Nelle immagini in basso, l’evoluzione della formazione dei percorsi è visualizzata sommando la posizione delle formiche in 4 successivi intervalli di 5 minuti (10-15 min, 15-20 min, 25-30 min e 55-60 min). Per le riprese è stata utilizzata una macchina fotografica Canon EOS 20D che scattava una foto al secondo. Le immagini provengono dalla ricerca di Andrea Perna et al. pubblicata nel numero di luglio 2012 di PLOS Computational Biology (doi:10.1371/journal.pcbi.1002592).

 

 

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