Οι μαθηματικές ασκήσεις είναι πράγματι για τα... φυτά
Ο ρυθμός κατανάλωσης
Οι ερευνητές του Κέντρου John Innes στο Νόργουιτς, διαπιστώνουν ότι τα φυτά ρυθμίζουν το ρυθμό κατανάλωσης αμύλου έτσι ώστε να μην ξεμείνουν από αποθέματα στη διάρκεια της νύχτας, όταν δεν μπορούν να παράγουν τροφή μέσω της φωτοσύνθεσης.
«Είναι το πρώτο σαφές παράδειγμα ενός τέτοιου αριθμητικού υπολογισμού σε θεμελιώδεις βιολογικές διαδικασίες» δηλώνει ο μαθηματικός Μάρτιν Χάουαρντ, επικεφαλής της μελέτης στην ηλεκτρονική επιθεώρηση eLife.
Ο Χάουαρντ και οι συνεργάτες του εργάστηκαν με το φυτό Arabidopsis thaliana, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πειραματόφυτο. Στη διάρκεια της νύχτας, αναφέρουν οι ερευνητές, οι κυτταρικοί μηχανισμοί στα φύλλα παρακολουθούν τα αποθέματα αμύλου και παράλληλα εκτιμούν πόσες ώρες απομένει μέχρι το ξημέρωμα. Η πληροφορία αυτή προέρχεται από το βιολογικό ρολόι που είναι γνωστό ότι διαθέτουν τα φυτά.
Οι υπολογισμοί
Η μελέτη δείχνει ότι το A.thaliana υπολογίζει το βέλτιστο ρυθμό κατανάλωσης αμύλου με μια απλή πράξη διαίρεσης. Αν υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα μόριο «S» που πυροδοτεί την κατανάλωση αμύλου, και ένα μόριο «Τ» που εμποδίζει την κατανάλωση αμύλου, τότε ο ρυθμός κατανάλωσης αμύλου πρέπει να καθορίζεται από την αναλογία των μορίων S προς τα μόρια T, δηλαδή S διά T.
To μαθηματικό μοντέλο της έρευνας δείχνει μάλιστα ότι ο υπολογισμός του λόγου S προς Τ επιτρέπει στα φυτά να ρυθμίζουν το μεταβολισμό του αμύλου ακόμα και αν η νύχτα ξεκινήσει νωρίτερα από ό,τι θα έπρεπε. «Η δυνατότητα εκτέλεσης αριθμητικών πράξεων έχει ζωτική σημασία για την ανάπτυξη των φυτών και την παραγωγικότητα» σχολιάζει η Άλισον Σμιθ, βιολόγος του Κέντρου John Inns που ειδικεύεται στο μεταβολισμό.
Οι ερευνητές υποψιάζονται μάλιστα ότι παρόμοιοι μηχανισμοί, οι οποίοι χρησιμοποιούν χημικές διεργασίες για να εκτελούν αριθμητικές πράξεις, πιθανότατα λειτουργούν και σε άλλα είδη, όπως για παράδειγμα σε πτηνά που πρέπει να έχουν αποθέματα ενέργειας για τις ανάγκες της μετανάστευσης, ή μένουν πολύ χρόνο χωρίς τροφή επειδή επωάζουν τα αβγά τους.
«Είναι το πρώτο σαφές παράδειγμα ενός τέτοιου αριθμητικού υπολογισμού σε θεμελιώδεις βιολογικές διαδικασίες» δηλώνει ο μαθηματικός Μάρτιν Χάουαρντ, επικεφαλής της μελέτης στην ηλεκτρονική επιθεώρηση eLife.
Ο Χάουαρντ και οι συνεργάτες του εργάστηκαν με το φυτό Arabidopsis thaliana, ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πειραματόφυτο. Στη διάρκεια της νύχτας, αναφέρουν οι ερευνητές, οι κυτταρικοί μηχανισμοί στα φύλλα παρακολουθούν τα αποθέματα αμύλου και παράλληλα εκτιμούν πόσες ώρες απομένει μέχρι το ξημέρωμα. Η πληροφορία αυτή προέρχεται από το βιολογικό ρολόι που είναι γνωστό ότι διαθέτουν τα φυτά.
Οι υπολογισμοί
Η μελέτη δείχνει ότι το A.thaliana υπολογίζει το βέλτιστο ρυθμό κατανάλωσης αμύλου με μια απλή πράξη διαίρεσης. Αν υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα μόριο «S» που πυροδοτεί την κατανάλωση αμύλου, και ένα μόριο «Τ» που εμποδίζει την κατανάλωση αμύλου, τότε ο ρυθμός κατανάλωσης αμύλου πρέπει να καθορίζεται από την αναλογία των μορίων S προς τα μόρια T, δηλαδή S διά T.
To μαθηματικό μοντέλο της έρευνας δείχνει μάλιστα ότι ο υπολογισμός του λόγου S προς Τ επιτρέπει στα φυτά να ρυθμίζουν το μεταβολισμό του αμύλου ακόμα και αν η νύχτα ξεκινήσει νωρίτερα από ό,τι θα έπρεπε. «Η δυνατότητα εκτέλεσης αριθμητικών πράξεων έχει ζωτική σημασία για την ανάπτυξη των φυτών και την παραγωγικότητα» σχολιάζει η Άλισον Σμιθ, βιολόγος του Κέντρου John Inns που ειδικεύεται στο μεταβολισμό.
Οι ερευνητές υποψιάζονται μάλιστα ότι παρόμοιοι μηχανισμοί, οι οποίοι χρησιμοποιούν χημικές διεργασίες για να εκτελούν αριθμητικές πράξεις, πιθανότατα λειτουργούν και σε άλλα είδη, όπως για παράδειγμα σε πτηνά που πρέπει να έχουν αποθέματα ενέργειας για τις ανάγκες της μετανάστευσης, ή μένουν πολύ χρόνο χωρίς τροφή επειδή επωάζουν τα αβγά τους.
