simulazione di strutture cellulari

16_10_fascettaDa sempre i filosofi, piA? o meno esplicitamente, si sono meravigliati del fatto che la natura obbedisca a leggi che possiamo esprimere in forma matematica. Un recente corollario di questo mistero A? la possibilitA� di riprodurre al computer certi comportamenti della natura. Grazie alla rapiditA� con cui vengono calcolate le soluzioni delle equazioni matematiche che costituiscono il modello di un dato fenomeno, il calcolatore A? infatti in grado di generare vaste serie di dati, molto simili a quelle che si potrebbero raccogliere osservando e misurando il fenomeno che si produce negli ambiti della natura governati da quelle date leggi.
Queste serie sono cosA� vaste e complesse da rappresentare dei veri e propri simulacri dei fenomeni reali. E per questa ragione oggi si parla correntemente di a�?simulazionia�?, un termine che, dalle connotazioni decisamente negative che aveva nei secoli scorsi, A? passato negli ultimi decenni del XX secolo a indicare un nuovo campo di lavoro e nuovi metodi per la ricerca scientifica.
Le figure che presentiamo in questo numero – e che rappresentano la��arrangiamento dei microtubuli nel fuso mitotico – sono state create con una di queste simulazioni, grazie a un programma che calcola le soluzioni di un sistema di equazioni costruito appositamente per simulare la struttura e la dinamica del citoscheletro. Il programma genera immagini del fuso tenendo conto della lunghezza, della carica elettrica, della��articolazione e di altre proprietA� dei microtubuli e degli altri oggetti presenti nella scena, nonchA� della viscositA� e delle spinte casuali in tutte le direzioni a cui sono soggette le molecole in un ambiente liquido, normalmente associate al moto termico del fluido circostante. Per ogni oggetto il programma calcola la traiettoria a salti temporali a�?cortia�? (della��ordine dei millisecondi), producendo una sequenza in cui ogni immagine A? costruita a partire dalla precedente.
Come per le mappe e per le immagini in generale, A? ben chiaro che i modelli di simulazione non possono esprimere completamente la ricchezza della realtA�, in cui tutte le scale e tutte le leggi naturali interagiscono simultaneamente in una��unitA� che la scienza A? ancora ben lontana dalla��intendere.
Nelle diverse simulazioni, invece, la��accento viene volta a volta messo su forze diverse.
Nel nostro caso, per esempio, la��inerzia A? stata considerata trascurabile, mentre non puA? esserlo in simulazioni di astrofisica o di fluidodinamica.
Ma, oltre a utilizzare specifici sistemi di equazioni, i programmi che producono una certa simulazione prevedono la��inserzione di determinati altri parametri (numeri che influenzano la��andamento delle equazioni), che vengono definiti in base alla��osservazione del fenomeno che si intende simulare.
In questo caso, si tratta della complessa rete di interazioni tra diverse classi di molecole, la cui azione viene stimata in base a dati sperimentali e ipotesi teoriche che il modello serve a vagliare.
In questo modo, modelli di simulazione come quello che ha prodotto le nostre figure cercano di rendere conto non solo dei meccanismi alla base dei fenomeni descritti (in questo caso, della formazione di poli, delle dinamiche dei microtubuli, degli equilibri molecolari che ne regolano la lunghezza, ecc.), ma anche della��estrema varietA� di comportamenti che strutture simili presentano in specie diverse.

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Simulazione bidimensionale della struttura del fuso durante la replicazione cellulare nelle rane del genere Xenopus. Le immagini sono state realizzate con il programma CytoSim, sviluppato nel Laboratorio di FranA�ois NA�dA�lec alla��European Molecular Biology Lab di Hiedelberg. Provengono da a�?A computational model predicts Xenopus meiotic spindle organizationa�? pubblicato da Rose Loughlin e FranA�ois NA�dA�lec su JCB nel dicembre 2010, e da a�?Katanin contributes to interspecies spindle length scaling in Xenopusa�? pubblicato da Rose Loughlin, et al. su Cell nel dicembre 2011.

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2017-11-30T19:21:06+00:00 domenica 9 ottobre 2016|Categories: cartoline dalla scienza|Tags: , , , |

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