Mele e fisica: dai tempi di Isaac Newton, non è la prima volta che le prime aiutano a comprendere la seconda. Adesso è vero anche il contrario: un team di matematici e fisici dell’Università di Harvard, guidato da Lakshminarayanan Mahadevan, ha sviluppato un metodo per spiegare la forma delle mele, in particolare dell’avvallamento, detto cuspide, da cui poi cresce il picciolo. Questo seguirebbe la teoria matematica delle singolarità, usata per descrivere numerosi fenomeni naturali, dalla propagazione delle crepe ai buchi neri.
I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Nature Physics, sono il frutto di teoria, calcolo, esperimenti in laboratorio e osservazioni dirette. Il punto di partenza? Un frutteto del Peterhouse College dell’Università di Cambridge, dove le mele sono note per aver ispirato la legge di gravitazione universale di Newton.
Isaac Newton, l’uomo che vide lontano
Dai buchi neri alla biologia
I ricercatori, quindi, hanno posto come base per comprendere l’evoluzione della forma delle mele la teoria matematica nota come teoria delle singolarità: le singolarità, punti di rottura improvvisa tra due condizioni, sono comuni nei sistemi fisici e possono essere applicate a numerosi contesti della vita reale. La teoria delle singolarità, infatti, viene utilizzata per descrivere numerosi fenomeni estremamente diversi tra loro, dai buchi neri, ai modelli di rifrazione della luce sul fondo di una piscina, alla caduta delle gocce d’acqua, alla propagazione delle crepe su un muro.
“La cosa eccitante delle singolarità è che sono universali. La cuspide della mela non ha nulla in comune con i motivi luminosi in una piscina, o con una goccia che si stacca da una colonna d’acqua, eppure possiede la stessa forma“, ha affermato Thomas Michaels, co-autore dello studio: “Il concetto di universalità va molto in profondità e può essere molto utile perché collega fenomeni singolari osservati in sistemi fisici molto diversi”. Un modello talmente universale che i ricercatori hanno pensato di applicare anche agli esseri viventi, in particolare alla morfogenesi, il processo biologico in cui crescita e movimento in un intervallo di tempo determinano la forma e le dimensioni di un’entità biologica, come un frutto.
Raccogliere i frutti della ricerca
Partendo da questo presupposto teorico, il team di ricerca ha utilizzato diverse simulazioni matematiche per capire come la crescita di una mela potesse guidare la costruzione della sua caratteristica forma, in particolare della cuspide. Il progetto, però, ha iniziato a dare i suoi frutti – nel vero senso della parola – quando gli scienziati hanno corroborato i risultati delle simulazioni con esperimenti in laboratorio fatti su sfere di gel e osservazioni su mele vere. Queste ultime provenivano dal frutteto del Peterhouse College dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito, alma mater di Isaac Newton, a cui la caduta di una mela ispirò formulazione della teoria della gravitazione universale.
Attraverso gli esperimenti con le mele in gel e le osservazioni sulle mele vere, gli scienziati hanno mappato la crescita dell’avvallamento in cima ai frutti, dimostrando che la formazione della cuspide è dovuta a una differenza tra la crescita della regione del picciolo e il resto della mela.
“Essere in grado di controllare e riprodurre la morfogenesi delle cuspidi in laboratorio con semplici strumenti è stato particolarmente entusiasmante“, ha detto Aditi Chakrabarti, co-autrice dell’articolo: “Variando la geometria e la composizione delle sfere in gel abbiamo mostrato come si possono formare più cuspidi, come si vede in alcune mele e altri frutti, come pesche, albicocche, ciliegie e prugne“.
Lo studio conferma che le forme delle entità biologiche spesso possiedono strutture che fungono da punti focali, e che comprenderle può aiutare a chiarire nello stesso tempo sia i processi della morfogenesi, sia le singolarità nei sistemi biologici. “La morfogenesi, letteralmente l’origine della forma, è una delle grandi questioni in biologia – conclude Mahadevan –. La forma dell’umile mela ci ha permesso di sondare alcuni aspetti fisici di una singolarità biologica. Naturalmente, ora dobbiamo comprendere i meccanismi molecolari e cellulari alla base della formazione della cuspide, mentre ci muoviamo lentamente verso una teoria più ampia della forma biologica”.
Via: Wired.it
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