Per anni, la capacità di adattarsi alle mutevoli condizioni è stata vista come un segno distintivo delle forme di vita complesse. Ora, gli scienziati hanno progettato un sistema che imita questa adattabilità in una provetta, offuscando i confini tra biologia e informatica.
Immagina una vivace fabbrica chimica in cui diverse molecole competono costantemente per le risorse. Questo è essenzialmente il modo in cui i ricercatori di istituti nei Paesi Bassi e in Australia hanno costruito da zero un “computer” decisionale. Hanno costruito una rete di enzimi chiamati proteasi, ciascuno in competizione con gli altri per l’accesso a peptidi speciali. Queste interazioni non erano preprogrammate; invece, il sistema si auto-organizza in base ai segnali in arrivo, proprio come una cellula biologica che reagisce all’ambiente circostante.
Questo cocktail chimico può fare molto di più che limitarsi a reagire: impara. I ricercatori lo hanno dimostrato dimostrando che il loro sistema rileva accuratamente i cambiamenti di temperatura in un intervallo compreso tra 25°C e 55°C con una precisione impressionante (circa 1,3°C).
Imitare la complessità della vita
Gli esseri viventi sono maestri nel raccogliere ed elaborare informazioni dall’ambiente, sia che si tratti di percepire i nutrienti, di rilevare cambiamenti di luce o di percepire le fluttuazioni di temperatura. Questa straordinaria impresa non si ottiene attraverso la magia; intricate reti di molecole comunicano e reagiscono costantemente all’interno delle cellule.
Gli scienziati sono da tempo affascinati da questi “motivi di rete”, ovvero schemi ripetuti presenti nelle reti chimiche naturali. Hanno utilizzato questi motivi come modelli per costruire sistemi artificiali che imitano alcuni aspetti dell’elaborazione delle informazioni biologiche. Ma fino ad ora è stato difficile replicare l’intera complessità degli organismi viventi.
Interazioni ricorsive: la chiave per l’adattabilità
La svolta sta nell’incorporare qualcosa chiamato “interazioni ricorsive”, in cui l’output di una reazione diventa parte dell’input, creando un ciclo di cambiamento e adattamento continui. Immaginatelo come un messaggio inviato avanti e indietro, che ogni volta si evolve leggermente in base allo scambio precedente. Questo intricato meccanismo di feedback consente una vasta gamma di risultati da punti di partenza relativamente semplici.
I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo nel loro nuovo sistema costruendo una complessa rete di sette enzimi e sette peptidi. Questi peptidi competono costantemente per l’accesso agli enzimi, venendo sminuzzati e riassemblati in varie combinazioni. Il risultato è un panorama chimico dinamico e in continua evoluzione in cui la miscela di molecole cambia drasticamente a seconda delle condizioni iniziali come la temperatura o la concentrazione dei peptidi.
Dalle molecole alle decisioni
Questo brodo molecolare in costante cambiamento viene analizzato in tempo reale utilizzando uno spettrometro di massa, uno strumento in grado di identificare singole molecole all’interno di una miscela complessa. Questi dati vengono inseriti in un semplice algoritmo che decodifica questi modelli e li traduce in risultati significativi, come letture della temperatura, riconoscimento degli impulsi luminosi o persino rilevamento del passare del tempo.
Questo “computer chimico” potrebbe aprire la strada a biosensori più intelligenti in grado di rispondere a specifici segnali ambientali in tempo reale. Immagina sensori in grado di rilevare sottili cambiamenti nei livelli di pH all’interno di un corpo, aiutando a diagnosticare precocemente le malattie, o materiali che cambiano colore in base alle fluttuazioni di temperatura, fornendo feedback intuitivi nelle case intelligenti.
Sebbene sia ancora nelle sue fasi iniziali, questa ricerca dimostra il potenziale dell’ingegneria di sistemi complessi che apprendono e si adattano all’ambiente circostante: un’impresa notevole che confonde il confine tra l’intelligenza artificiale e l’ingegno della natura.
