Si può immaginare una formula per descrivere la formazione dei solchi cerebrali? E un modello che spieghi la forma dei globuli rossi? Pare proprio di si, con la matematica. Anzi, per essere precisi, con la biomatematica: la branca della scienza dei numeri che indaga i misteri della natura e dei viventi.
A Brescia alla Facoltà di matematica e fisica della Cattolica si lavora a numerosi progetti di biomatematica e, in particolare, in questo periodo sono state redatte tre tesi di laurea sull'argomento. A cimentarsi con i segreti delle forme nel mondo biologico sono stare tre ragazze del Corso di laurea magistrale. Elena Danesi e Sara Mastaglio, sotto la guida di Alfredo Marzocchi (preside e docente della Facoltà) hanno lavorato alla caratterizzazione dei solchi del nostro cervello. Irene Simonini, invece, sempre sotto la supervisione di Alfredo Marzocchi, ha affrontato lo studio della forma e delle caratteristiche fisico-matematiche dei globuli rossi.
Nei mammiferi superiori, nella corteccia cerebrale, la sostanza grigia è ripiegata a formare delle circonvoluzioni, i solchi appunto, che ne aumentano l'estensione e - di conseguenza - le capacità funzionali. Queste ripiegature si formano quando, durante l'accrescimento del cervello, il tessuto incontra la scatola cranica e, per continuare a crescere, deve necessariamente creare delle introflessioni.
«Abbiano realizzato un modello semplificato di tessuto cerebrale e cercato di capire cosa avviene quando il cervello incontra il cranio – spiegano Elena e Sara, con il loro docente di riferimento -. In quell'istante la forma piatta diventa instabile e il tessuto trova un nuovo equilibrio, il più economico possibile dal punto di vista energetico. Lo fa ripiegandosi e formando dei solchi. Da qui siamo poi partiti per studiare le equazioni matematiche che descrivono il fenomeno”.
Il lavoro di Irene Simonini, come dicevamo, ha invece indagato la forma dei globuli rossi, cellule del sangue super-specializzate per il trasporto dell'ossigeno in tutti i distretti dell'organismo. Cellule che, infatti, si sono modificate nel corso dell'evoluzione, fino a diventare degli efficientissimi trasportatori di emoglobina, il pigmento che lega l'ossigeno, lo veicola ai tessuti, lo rilascia e raccoglie l'anidride carbonica, che verrà eliminata all'esterno. “Queste cellule hanno la forma di un disco biconcavo – spiegano Irene Simonini e Alfredo Marzocchi -. Con il nostro studio abbiamo costruito un modello che descrive la forma di una sezione trasversale di globulo rosso (bidimensionale, quindi) utilizzando, per rappresentarla, archi di cerchio».
Partendo poi dal presupposto che, nel caso di una cellula, la forma solitamente è associata a una minima energia elastica di curvatura «siamo riusciti a scrivere l'espressione che descrive l'energia elastica della sua forma tridimensionale - continuano – e ora ci prefiggiamo di trovare il suo minimo».
I temi su cui si sta lavorando in Cattolica sono poco sondati in chiave matematica e, quindi, all'avanguardia: «se nel caso dello studio dei solchi cerebrali, i lavori scientifici già pubblicati sono pochissimi – spiega Marzocchi –, per la forma dei globuli rossi non abbiamo trovato precedenti nella letteratura di merito».
I risultati fino ad oggi ottenuti dal team sono solo il primo passo. Gli studi continueranno e affronteranno aspetti sempre più complessi e dettagliati. «Applicare la nostra disciplina al materiale biologico è una vera sfida – conclude Marzocchi – i fattori in gioco non sono solo quelli dettati dalla forma e dalla meccanica». La materia vivente si accresce, si adatta all'ambiente ed evolve nel tempo. Aspetti, questi, che le conferiscono qualcosa di imprevedibile, o quantomeno difficile da interpretare.
Source: www.giornaledibrescia.it (di Maria Cristina Ricossa)
