Evoluzione del sistema nervoso: misteri svelati dalle conchiglie

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Lo dicono i ricercatori dell’Università di Pittsburgh in collaborazione con l’Università della California a Berkeley (Usa) guidati da G. Bard Ermentrout: le conchiglie, i gusci dei molluschi, rivelano una traccia dell’evoluzione del sistema nervoso. I modelli matematici elaborati dagli scienziati, infatti, sono riusciti a comporre una correlazione tra questo fenomeno e i pattern di colorazione assunti dalle conchiglie.

Lo studio degli scienziati di Pittsburgh e Berkeley è stato condotto al computer, mediante lo sviluppo di equazioni matematiche in grado di simulare l’andamento dell’evoluzione del sistema nervoso, così come è osservato, in correlazione con le linee cromatiche dei gusci dei molluschi, e ha avuto come oggetto 19 conchiglie della specie Conus, caratterizzate tutte da freccia acuminata che l’animale scocca quando deve attaccare o difendersi, e che può penetrare nella pelle della mano ed uccidere a causa di un veleno potente quanto quello del cobra.

I pattern cromatici sono stati riprodotti con il computer mediante l’implementazione di reti neurali, ovvero algoritmi ispirati al funzionamento dei neuroni biologici. Stabiliti i segnali di input (ingresso), basati sui dati noti, si programma il calcolatore in modo da fargli collegare diversi costrutti matematici che imitano i neuroni biologici, come negli esseri viventi i neuroni si connettono tramite le sinapsi. In questo modo è possibile ottenere segnali di output (uscita) che contengono le informazioni ricercate.

La forza di questa metodica, utilissima allo specifico oggetto di questo lavoro, è la base adattativa del sistema di calcolo, che cambia la sua struttura in base alle informazioni esterne o interne che scorrono attraverso la rete durante la fase chiamata ‘di apprendimento’. Il fondamento di tutto è dunque un processo evolutivo, ed è quello che i ricercatori cercavano in quanto avevano necessità di capire come i dati fossero cambiati nel tempo.

Il lavoro ha permesso agli scienziati di stimare la colorazione di alcune specie ancestrali, identificando l’origine dalla quale alcuni parametri si sono rapidamente trasformati, e di misurare il grado di correlazione con lo sviluppo evolutivo e la storia di quell’organismo. “Abbiamo trovato che alcuni aspetti del sistema nervoso sono rimasti stabili nel tempo, mentre c’è una rapida evoluzione di altre sue porzioni” ha spiegato Ermentrout.

La ricerca, che proseguirà su altri pattern controllati dal sistema nervoso, è stata finanziata dalla National Science Foundation, un’agenzia governativa degli Stati Uniti che sostiene la ricerca e la formazione di base in tutti i campi non-medici della scienza e dell’ingegneria, ed è stata pubblicata su Pnas.

Roberta De Carolis

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