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I batteri ricordano la fame: così si adattano senza un cervello
Un gruppo della Carnegie Mellon University e del Georgia Institute of Technology ha mostrato che la storia alimentare dei batteri modifica il modo in cui rispondono ai nutrienti: le cellule esposte ad alternanze frequenti tra abbondanza e scarsità si adattano più rapidamente ai cambiamenti successivi. Lo studio, pubblicato a maggio su PRX Life, combina osservazioni di singole cellule e modelli matematici per spiegare questa forma di memoria.
I ricercatori hanno seguito cellule di Escherichia coli con un dispositivo microfluidico, una piattaforma che trattiene i batteri in piccoli spazi e permette di cambiare il liquido che li alimenta. Osservando le cellule al microscopio, il gruppo ha misurato la crescita mentre variava la disponibilità di nutrienti, confrontando risposte a condizioni stabili e a cicli di diversa frequenza.
A parità di nutrienti disponibili nel momento della misura, i batteri provenienti da ambienti variabili reagivano diversamente da quelli cresciuti in condizioni stabili. La capacità dei batteri di conservare tracce del passato emerge quindi dal confronto fra cellule con storie differenti. Il termine memoria cellulare descrive qui una proprietà misurabile: l’esperienza precedente modifica la risposta fisiologica successiva.
Per cercare il meccanismo responsabile, gli autori hanno costruito un modello della rete molecolare che regola la crescita. Il modello indica nei ribosomi, le strutture che assemblano le proteine, una possibile sede dell’informazione conservata. L’attribuzione della memoria a queste strutture resta una spiegazione sostenuta dal modello, distinta dall’osservazione sperimentale della risposta ai nutrienti.
Nella ricostruzione matematica, popolazioni diverse di ribosomi rispondono con velocità differenti: alcune seguono rapidamente le variazioni dell’ambiente, altre mantengono più a lungo gli effetti delle condizioni precedenti. Questa combinazione collega la sintesi proteica a una memoria distribuita su intervalli che vanno dai minuti alle ore, anziché a un unico tempo di risposta.
Gli autori hanno inoltre ricondotto l’architettura del modello alla logica delle reti neurali ricorrenti dotate di meccanismi di controllo della memoria, usate nell’intelligenza artificiale per elaborare sequenze. Questi meccanismi regolano quanta informazione precedente conservare e quanta aggiornare. Nel sistema batterico descritto dallo studio, tale funzione deriva dalle reazioni chimiche e dalla regolazione interna della cellula.
Gli esperimenti con apporti intermittenti di nutrienti hanno evidenziato anche un compromesso: una risposta più rapida si accompagna a una crescita inferiore rispetto alle condizioni costantemente favorevoli. L’allocazione delle risorse lega così due esigenze della cellula: mantenere una fisiologia pronta ai cambiamenti e sostenere la produzione di nuova biomassa. La maggiore flessibilità osservata ha dunque un costo nella velocità di crescita.
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