p Uma equipe de pesquisadores do Gran Sasso Science Institute (GSSI) e do Istituto Italiano di Technologia (IIT) desenvolveu uma abordagem matemática para entender a comunicação dentro da fábrica. Em seu jornal, pré-publicado no bioRxiv, eles propõem um sistema totalmente acoplado de não linear, equações diferenciais descontínuas e ordinárias não autônomas que podem descrever com precisão o comportamento de adaptação e o crescimento de uma única planta, analisando os principais estímulos que afetam o comportamento da planta. p Estudos recentes descobriram que, em vez de serem organismos passivos, as plantas podem realmente exibir comportamentos complexos em resposta a estímulos ambientais, por exemplo, adaptando sua alocação de recursos, estratégias de forrageamento, e taxas de crescimento de acordo com o ambiente circundante. Como as plantas processam e gerenciam essa rede de estímulos, Contudo, é uma questão biológica complexa que permanece sem resposta.

p Os pesquisadores propuseram vários modelos matemáticos para alcançar uma melhor compreensão do comportamento das plantas. Apesar disso, nenhum desses modelos pode efetivamente e claramente retratar a complexidade da cadeia estímulo-sinal-comportamento no contexto da rede de comunicação interna de uma planta.

p A equipe de pesquisadores do GSSI e IIT que realizou o estudo recente havia investigado anteriormente os mecanismos por trás da comunicação intra-planta, com o objetivo de identificar e explorar princípios biológicos básicos para a análise do comportamento das raízes das plantas. Seu trabalho anterior analisou raízes robóticas em um ambiente simulado, traduzir um conjunto de regras biológicas em soluções algorítmicas.

p Mesmo que cada raiz agisse independentemente das outras, os pesquisadores observaram o surgimento de algum comportamento auto-organizador, visa otimizar o equilíbrio interno de nutrientes ao nível da planta inteira. Embora este estudo anterior tenha produzido resultados interessantes, apenas considerou uma pequena parte da complexidade da comunicação intra-fábrica, desconsiderando completamente a análise de órgãos acima do solo, bem como processos relacionados à fotossíntese.

p "Nesse artigo, não pretendemos obter uma descrição completa da complexidade da planta, ainda queremos identificar as principais pistas que influenciam o crescimento de uma planta com o objetivo de investigar os processos que desempenham um papel na intracomunicação para as decisões de crescimento da planta, "os pesquisadores escreveram em seu artigo recente." Propomos e explicamos aqui um sistema de equações diferenciais ordinárias (EDOs) que, diferentemente dos modelos de última geração, levar em consideração toda a sequência de processos de absorção de nutrientes, fotossíntese e consumo e redistribuição de energia. "

p No novo estudo, Portanto, os pesquisadores decidiram desenvolver um modelo matemático que descreve a dinâmica da comunicação intra-planta e analisa as possíveis pistas que ativam as respostas de crescimento adaptativo em uma única planta. Este modelo é baseado em formulações sobre evidências biológicas coletadas em experimentos de laboratório usando técnicas de ponta.

p Comparado aos modelos existentes, seu modelo cobre uma ampla gama de elementos, incluindo fotossíntese, degradação do amido, absorção e gestão de múltiplos nutrientes, alocação de biomassa, e manutenção. Esses elementos são analisados ​​em profundidade, considerando suas interações e seus efeitos no crescimento de uma planta.

p Para validar seu modelo e testar sua robustez, os pesquisadores compararam as observações experimentais do comportamento das plantas com os resultados obtidos ao aplicar seu modelo em simulações, onde reproduziram condições de crescimento semelhantes às que ocorrem naturalmente nas plantas. Seu modelo atingiu alta precisão e pequenos erros, sugerindo que pode resumir efetivamente a complexa dinâmica da comunicação intra-planta.

p "O modelo é finalmente capaz de destacar o sinal de estímulo da intracomunicação nas plantas, e pode ser expandido e adotado como uma ferramenta útil na encruzilhada de disciplinas como matemática, robótica e biologia, por exemplo, para validação de hipóteses biológicas, tradução de princípios biológicos em estratégias de controle ou resolução de problemas combinatórios, "disseram os pesquisadores em seu artigo. p © 2019 Science X Network