_ Modelul matematic dezvăluie modul în care o groapă vipera își poate găsi cina în toiul nopții

În regnul animal, există multe exemple mărețe de specii care dau sens lumii lor descifrând cu experiență chiar și semnalele slabe din împrejurimile lor.

Un vultur care se avântă deasupra pământului spionează un pește de râu jos, pe cale să înghită o insectă; un urs negru flămând miroase o bucată de mâncare la două mile depărtare într-un desiș dens; un ornitorinc cu cioc de rață, înotând într-un pârâu de apă dulce, închide ochii și detectează impulsurile electrice ale unui mormoloc gustos în apropiere.

Apoi sunt viperele de groapă.

Găsite într-un mare varietate de habitate, de la jungle la deserturi, acești șerpi folosesc senzori infraroșii puternici, amplasați în apropierea nărilor, pentru a căuta prada în întuneric, simțind chiar și cea mai mică schimbare de temperatură - și reușesc acest lucru cu canale ionice sensibile termic, care sunt doar la egalitate. cu aparatul senzorial al oamenilor.

Cum fac acest lucru viperele de groapă? Este posibil ca o pereche de fizicieni din Yale să fi descoperit răspunsul într-un nou model matematic, descris într-un nou studiu din jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Pentru a-și localiza prada, viperele de gropi trebuie să detecteze. milli-Kelvin se modifică în temperatură cu organul lor senzorial, necesitând ca întregul organ să fie de 1.000 de ori mai sensibil decât senzorii moleculari de bază”, a spus Isabella Graf, un postdoctoral în fizică la Facultatea de Arte și Științe (FAS) din Yale.

A Kelvin este unitatea de bază acceptată la nivel internațional pentru măsurarea temperaturii.

„În plus, acești șerpi trăiesc uneori în deșerturi unde temperatura ambientală se schimbă dramatic între zi și noapte”, a adăugat Graf. „Cum este posibil ca schimbările mili-Kelvin ale temperaturii să poată fi detectate în mod robust de senzori mult mai puțin sensibili în medii foarte variate?”

Graf și Benjamin Machta, profesor asistent de fizică la FAS și membru de la Yale Quantitative Biology Institute, spun că explicația poate fi un mecanism biologic care le permite viperelor să amplifice semnale mici și să le transmită creierului lor cu fidelitate ridicată.

Pentru studiu, cercetătorii au creat un model matematic care folosește concepte din fizica statistică și teoria informațiilor pentru a înțelege modul în care semnalul de temperatură primit de la canalele ionice individuale ale unei vipere afectează colectiv răspunsul neuronal. În cadrul modelului matematic, există o „bifurcație”—un punct în care răspunsul neuronal se schimbă calitativ, iar senzorii de temperatură individuali, mai puțin sensibili, prezintă un grad ridicat de cooperare.

„Aproape de acest punct de bifurcare, avem arată că creierul șarpelui poate obține aproape la fel de multe informații despre temperatură ca și cum ar putea citi măsurătorile de la fiecare senzor individual și apoi le-ar putea face o medie perfectă pentru a obține o măsurătoare optimă exactă”, a spus Machta.

Acesta este modul în care o viperă de groapă își găsește cina în toiul nopții.

Noul studiu ține cont și de modul în care viperele de groapă își mențin sensibilitatea termică pe fondul schimbărilor mari de temperatură între zi și noapte. Cercetătorii au spus că modelul lor matematic include o caracteristică de „feedback” care protejează automat sensibilitatea generală a sistemului în timpul variațiilor de temperatură.

Graf și Machta au spus că noul lor model ar putea avea aplicații dincolo de rătăcirile nocturne ale viperei. .

„Feedback-ul și principiile de proiectare similare ar putea fi găsite în alte sisteme senzoriale care, de asemenea, trebuie să detecteze semnale minuscule într-un mediu diferit”, a spus Graf.

(Fluierul)