Χαρτογραφώντας το Σύμπαν με ένα μύκητα

Του Έκτωρα-Ξαβιέ Δελαστίκ,

Υ.Δ. Τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών

Δε χρειάζεται να σκεφτούμε πολύ για να πετάξουμε κάτι σε ένα φίλο μας ώστε να το πιάσει εύκολα. Το ίδιο πρόβλημα όμως χρειάζεται κάποια ώρα υπολογισμών για να το λύσουμε με χαρτί και μολύβι. Κάθε είδος ζωής εξελισσόμενο γίνεται εξαιρετικό στην επίλυση κάποιων τύπων προβλημάτων της καθημερινής του ζωής, καθώς τα μέλη που δεν αποδεικνύονται εξαιρετικά σε αυτά τα προβλήματα είναι πιο απίθανο να κληρονομήσουν τις βιολογικές τους βάσεις μέχρι σήμερα.

Πράγμα που μας φέρνει στον πρώτο κόμβο μας, την ετερογενή κατηγορία των βλεννομυκήτων (slime moulds). Ένα από τα δικά τους, ειδικά προβλήματα προέρχεται από την ίδια τη δομή τους: μονοκύτταροι επί τη ουσίας οργανισμοί που πρέπει 1) να απλώσουν τα “κλαδιά” τους, 2) να ανακαλύψουν πηγές τροφής, 3) να αποφύγουν το έντονο φως και 4) να κρατήσουν το πιο αποδοτικό δίκτυο “κλαδιών” που θα μεταφέρει την τροφή και θα είναι ανθεκτικό σε πιθανές βλάβες.

Με βαθύ αισθητικό πνεύμα, το 2010 μία ερευνητική ομάδα της Ιαπωνίας [1] αποφάσισε να θέσει ένα ανθρώπινο ερώτημα στο βλεννομύκητα Physarum polycephalum. Σε ένα δισκίο τοποθέτησαν πηγές τροφής στις θέσεις του Τόκιο και των κοντινών σε αυτό πόλεων, αναπαριστώντας βουνά, λίμνες και θάλασσα με έντονο φωτισμό. Μεταξύ των αναγκών να τραφεί και να τραφεί με ασφάλεια, ο βλεννομύκητας αναπτύχθηκε αναπαριστώντας με μεγάλη ακρίβεια το πραγματικό σιδηροδρομικό δίκτυο στα πέριξ του Τόκιο. Με άλλα λόγια, έλυσε με τον τυφλό και συστηματικό του τρόπο το ίδιο (απλό) πρόβλημα που είχαν λύσει ομάδες πολιτικών μηχανικών.

Το τελικό βήμα εκείνης της έρευνας ήταν η προσπάθεια να δημιουργηθούν μαθηματικά μοντέλα που να αναπαριστούν τη συμπεριφορά του Physarum polycephalum, ώστε να προσθέσουμε άλλο ένα εργαλείο στη συλλογική μας φαρέτρα για να αντιμετωπίσουμε νέα προβλήματα. Πράγμα που μας φέρνει, μία δεκαετία αργότερα, στο εργαστήριο μιας ομάδας αστροφυσικών με ένα τελείως διαφορετικό ερώτημα: την κατανομή της “σκοτεινής ύλης” στο σύμπαν.

Από καιρό η κοινότητα της αστροφυσικής έχει επιβεβαιώσει πως η κίνηση τόσο των άστρων εντός γαλαξιών, όσο και των γαλαξιών των ίδιων δε μπορεί να εξηγηθεί μόνο από την ύλη που μπορούμε να παρατηρήσουμε με τα όργανα και τις θεωρίες που διαθέτουμε. Δε μιλάμε για μια αμελητέα διαφορά – περίπου τα ⅚ της μάζας του σύμπαντος είναι όχι απλά αόρατα, αλλά και δίχως σαφή θεωρητική εξήγηση για το από τί αποτελούνται. Εξ’ ού και ο όρος “σκοτεινή ύλη”.

Πώς να χαρτογραφήσουμε λοιπόν μία τόσο σαφή, αλλά ταυτόχρονα τόσο αόριστη ύπαρξη; Η απάντηση βρίσκεται στο ότι ακριβώς επειδή τόσο μεγάλο μέρος του σύμπαντος αποτελείται από “σκοτεινή ύλη”, κάθε γαλαξίας που παρατηρούμε παρασύρεται στον ουράνιο χορό της. Μπορούμε λοιπόν να κάνουμε προσεκτικές υποθέσεις για την κατανομή της σκοτεινής ύλης παρατηρώντας την κατανομή των γαλαξιών πάνω της.

Έτσι σκεπτόμενη η ομάδα αυτή αποφάσισε να εφαρμόσει ένα μαθηματικό μοντέλο που αποτελεί άμεσο απόγονο του μοντέλου του 2010 για το Physarum polycephalum. Θεωρώντας ως “σημεία τροφής” τις συγκεντρώσεις γαλαξιών και υποθέτοντας πως η σκοτεινή ύλη απλώνεται σε δίκτυα, κατασκεύασαν ένα μοντέλο για το πώς αυτό το αόρατο δίκτυο μπορεί να είναι δομημένο. Αμέσως μετά, χρησιμοποίησαν συμπεράσματα από τα αποτελέσματα του μοντέλου για να προβλέψουν πόσο παραγωγικοί σε γεννήσεις νέων άστρων θα έπρεπε να είναι οι γαλαξίες, αναλόγως του πώς είναι τοποθετημένοι στο δίκτυο της σκοτεινής ύλης.

Με τελικό αποτέλεσμα, μία πορεία που ξεκίνησε από παρατηρήσεις μούχλας, σε προβλήματα σχεδιασμού μεταφορών, μέχρι τα πιο προωθημένα ερωτήματα για τη φύση του σύμπαντος όπου ζούμε.

Αναφορές:

[1] Tero, A., Takagi, S., Saigusa, T., Ito, K., Bebber, D. P., Fricker, M. D., Yumiki, K., Kobayashi, R., Nakagaki, T. (2010). Rules for biologically inspired Adaptive Network Design. Science, 327(5964), 439–442. https://doi.org/10.1126/science.1177894

[2] Burchett, J. N., Elek, O., Tejos, N., Prochaska, J. X., Tripp, T. M., Bordoloi, R., Forbes, A. G. (2020). Revealing the dark threads of the cosmic web. The Astrophysical Journal, 891(2). https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab700c

https://physicsgg.me/