El modelo matemático de detección de vecinos del crecimiento de hifas es un conjunto de modelos informáticos interactivos que simulan la forma en que crecen las hifas de los hongos en un espacio tridimensional. La simulación tridimensional es una herramienta experimental que se puede utilizar para estudiar la morfogénesis de las redes de hifas de hongos.
El proceso de modelado comienza con la proposición de que cada hifa en el micelio de los hongos genera un cierto campo abstracto que (como los campos físicos conocidos) disminuye al aumentar la distancia. Tanto los campos escalares como los vectoriales se incluyen en los modelos. Los campos y sus gradientes se utilizan para informar al algoritmo que calcula la probabilidad de ramificación, el ángulo de ramificación y la dirección de crecimiento de cada punta de hifa en el micelio simulado. El vector de crecimiento está siendo informado de su entorno, por lo que, efectivamente, la punta de la hifa virtual detecta el micelio vecino. Por eso lo llamamos modelo de detección de vecinos.
Las paredes transversales en las hifas vivas se forman solo en ángulo recto con el eje largo de la hifa. El ápice de una hifa hija solo puede surgir si se inicia una rama. Entonces, para los hongos, la formación de ramas hifas es el equivalente a la división celular en animales, plantas y protistas. La posición de origen de una rama y su dirección y tasa de crecimiento son los principales eventos formativos en el desarrollo de tejidos y órganos fúngicos. En consecuencia, al simular las matemáticas del control del crecimiento de las hifas y la ramificación, el modelo de detección de vecinos proporciona al usuario una forma de experimentar con características que pueden regular los patrones de crecimiento de las hifas durante la morfogénesis para llegar a sugerencias que podrían probarse con hongos vivos.
El modelo fue propuesto por Audrius Meškauskas y David Moore en 2004 y desarrollado utilizando las instalaciones de supercomputación de la Universidad de Manchester . La idea clave de este modelo es que todas las partes del micelio fúngico tienen sistemas de generación de campo, mecanismos de detección de campo y algoritmos de alteración de la dirección de crecimiento idénticos. Con los parámetros del modelo elegidos correctamente, es posible observar la transformación de la estructura inicial del micelio desordenada en varias formas, algunas de las cuales son muy parecidas a los cuerpos frutales fúngicos naturales y otras estructuras complejas.
En uno de los ejemplos más simples, se asume que las puntas de las hifas intentan mantener una orientación de 45 grados con relación al campo del vector de gravedad de la Tierra, y también generan algún tipo de campo escalar que las puntas en crecimiento intentan evitar. Esta combinación de parámetros conduce al desarrollo de estructuras cónicas huecas, similares a los cuerpos frutales de algunos hongos primitivos.
En otro ejemplo, la hifa genera un campo vectorial paralelo al eje de la hifa y las puntas tienden a girar en paralelo a ese campo. Después de que más puntas giran en la misma dirección, sus hifas forman un campo direccional más fuerte. De esta forma, es posible observar la orientación espontánea de las hifas en crecimiento en una sola dirección, lo que simula las hebras, cordones y rizomorfos producidos por muchas especies de hongos en la naturaleza. Los parámetros bajo los cuales opera el modelo se pueden cambiar durante su ejecución. Esto permite que se forme una mayor variedad de estructuras (incluidas formas similares a hongos) y se puede suponer que simula casos en los que la estrategia de crecimiento depende de un reloj biológico interno. El modelo de detección de vecinos explica cómo pueden surgir varias estructuras de hongos debido al "comportamiento de la multitud" de la comunidad de puntas de hifas que componen el micelio.
Literatura
- Meškauskas A, Fricker MD, Moore D (2004). Simulación del crecimiento colonial de hongos con el modelo de crecimiento de hifas de detección de vecinos. Investigación micológica , 108 , 1241-1256. pdf
- Meškauskas, A., McNulty, Moore, D. (2004). La regulación concertada de los tropismos en todas las puntas de las hifas es suficiente para generar la mayoría de las estructuras fúngicas. Investigación micológica , 108 , 341-353. pdf
- Money NP. (2004) Biología teórica: hongos en el ciberespacio. Nature , 431 (7004): 32. Enlace
- Davidson AF, Boswell GP, Fischer MWF, Heaton L., Hofstadler D, Roper M. (2011). Hongo IMA . 2 (1) : 33–37. Enlace NCBI
Enlaces adicionales
Más detalles están disponibles en estos sitios web: [1] (principal) y [2] (espejo). Ambos sitios distribuyen los programas, con una amplia documentación, como software gratuito.