Já reparou que, para a maioria das máquinas que construímos, bastam uma ou duas peças fora do lugar ou condições de funcionamento um pouco fora do padrão e já era? Organismos, em compensação, costumam ser muito mais robustos e tolerantes a erros e adversidades. Mude o meio de uma bactéria, sua temperatura e arranque alguma proteína aleatória de seu DNA e são grandes as chances de ela continuar viva.


Physarum, o engenheiro do dia. ©chickeninthewoods

ResearchBlogging.orgEsta diferença acontece por várias razões, mas a principal delas é a rede metabólica. A seleção natural favoreceu organismo com um metabolismo baseado em vários componentes que interagem entre si e não raramente possuem funções redundantes. Assim, por mais que tiremos um gene responsável por uma enzima, a via metabólica da qual a faz parte pode ser suprida por outras reações, que podem não ser tão eficientes mas dão conta. Aliás, em muitos aspectos, os organimos que se organizavam através de redes complexas foram os selecionados para continuar.

Nós estamos começando a entender redes complexas e aprendendo a fazer uso delas. Tome como exemplo o metrô de Tóquio. Suas linhas foram planejadas para suprir os principais pontos com uma certa redundância, de forma que a malha ferroviária seja eficiente, aguente algumas falhas sem deixar nenhuma região isolada, não custe um absurdo para ser construída e mantida e ainda dê conta de um fluxo de passageiros que pode variar muito ao longo do dia. Quase tão perfeita como o metrô de São Paulo (NOOOT). Acontece que um protozoário sabe muito bem fazer este planejamento, como bem notou o pessoal do Discutindo Ecologia.

Trata-se do Physarum polycephalum, um protozoário amebóide. O que na aprática quer dizer que ele forma uma gosma amarela disforme cheia de núcleos que se move e devora fungos e bactérias que estejam em seu caminho. Algo digno de deixar a bolha assassina com inveja, dada a organização e capacidade de “pensar” que ele tem. Pensar propriamente não, mas o Physarum é muito bom em resolver problemas. Para encontrar comida na natureza, ele divide suas extremidades constantemente, gerando uma série de prolongamentos que percorrem uma área bem extensa, e quando a comida é encontrada, ele forma um sistema de canais que vão transportar o nutriente ao longo da rede por ele formada.


Physarum crescendo e formando redes entre os grão de aveia. O traçado forma o mapa de Tóquio.

Acontece que este sistema de se dividir e expandir é um ótimo algoritmo de busca. Ao ponto de cientistas o colocarem para crescer sobre o ágar (uma gelatina que só quem consegue digerir é a própria alga que fez) e deixarem punhados de comida, geralmente grãos de aveia, para ver como ele os encontra e forma sua rede. Neste sistema, diversas propriedades já foram mostradas, como a capacidade de resolver um labirinto, com aveia no ponto A e B e todo um labirinto no meio que ele explora por completo para depois manter apenas canais no caminho certo. Veja este vídeo depois dos 4 minutos para entender do que estou falando.

Ampliação em microscópio do fluxo de nutrientes em um Physarum marcado com proteína fluorescente, é isto que ocorre na rede que ele forma.

Com este sistema de encontrar e traçar o menor caminho entre dois ou mais pontos, o Physarum virou o chodó da biocomputação. Ou seja, o uso de organismos ou de sistemas baseados em organimos para resolver problemas. De simulações de padrão de bifurcação e busca ao fluxo de nutrientes em seus sistemas. E o último grande artigo tratando do tema mostra como este organismo é capaz de reconstruir, e de certo modo até melhor, o sistema de metrô japonês.

Para simular as estações, foram usados novamente grãos de aveia, e o Physarum
cresceu sobre a gelatina de agarose. Como as figuras mostram,
rapidamente canais de nutrientes foram formados entre os pontos. Para
simular barreiras naturais, por onde as linhas não podem passar, os
pesquisadores utilizaram uma espécie de filme transparente por cima,
com locais onde a luz podia passar. Como o protozoário é fresco como o Igor fotofóbico, ele não cresce por estes pontos.


Na máscara de luz, as partes mais escuras onde o protozoário deve crescer mais correspodem à regiões mais baixas de Tóquio, onde o metrô é preferencialmente construído. Ao lado, a rede formada pelo Physarum e a rede real.

Por fim, o protozoário conseguiu tecer uma redes bem próximas da verdadeira, feita pelos engenheiros japoneses. Com algumas qualidades a mais, inclusive, como a tolerância a erro. Na malha original, retirando-se 4% das conexões, em média, a rede começa a colapsar e alguns pontos são isolados. No sistema feito pelo Physarum, a tolerância chegou a 14% de perdas sem comprometer o sistema, além de uma taxa custo/eficiência um pouco maior.

Em mais um passo para a biomimética, área que estuda possíveis usos de desenhos naturais para artefatos humanos, deu para perceber que algumas rodadas de seleção natural sobre um protozoário são suficientes para termos um construtor de redes bem eficiente.

Fonte:

Tero, A., Takagi, S., Saigusa, T., Ito, K., Bebber, D., Fricker, M., Yumiki, K., Kobayashi, R., & Nakagaki, T. (2010). Rules for Biologically Inspired Adaptive Network Design Science, 327 (5964), 439-442 DOI: 10.1126/science.1177894