In un recente saggio pubblicato su PLOS Biology , un team di ricercatori dell'Università di Umeå descrive come i modelli matematici possono far avanzare la ricerca sull'endosimbiosi.

Gli endosimbionti sono ovunque:all’interno delle nostre cellule i mitocondri generano la maggior parte della nostra energia, le piante fanno affidamento sui cloroplasti per la fotosintesi e molti insetti non possono riprodursi senza i loro endosimbionti. Questa, tuttavia, è solo la punta dell'iceberg quando si parla di endosimbiosi.

"Le relazioni endosimbiotiche sono incredibilmente diverse e complesse. Ad esempio, una nuova ricerca ha rivelato che gli endosimbionti possono determinare se gli embrioni possono formarsi con successo e persino guidare lo sviluppo embrionale", afferma Lucas Santana Souza, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Umeå e coautore dello studio. articolo su PLOS Biology .

Nonostante la loro ubiquità, le endosimbiosi possono essere difficili da studiare.

"Consideriamo l'origine dei mitocondri nelle nostre cellule. Era un organismo separato ma attraverso un'endosimbiosi avvenuta centinaia di milioni di anni fa è diventato una parte cruciale di tutta la vita complessa. Tuttavia, non possiamo studiare questo antico e evento raro riproducendolo in laboratorio o tornando indietro nel tempo:abbiamo bisogno di altri modi e i modelli matematici sono un ottimo strumento", afferma Eric Libby, professore associato presso il Dipartimento di Matematica e Statistica Matematica.

I modelli matematici possono aiutarci a capire come diversi fattori influenzano le interazioni tra gli endosimbionti e i loro ospiti. Nel saggio, gli autori mostrano come questi modelli possano generare idee e integrare la ricerca nel mondo reale. Indicano inoltre questioni importanti per ulteriori indagini.

Uno di questi esempi è legato ai coralli e ai loro endosimbionti, di particolare rilevanza al momento in cui gli eventi di sbiancamento dei coralli aumentano in tutto il mondo a causa dell’aumento delle ondate di calore. Nello sbiancamento dei coralli, il corallo espelle i suoi endosimbionti e perde la capacità di generare cibo, il che può portarlo alla morte.

È interessante notare che i coralli possono cambiare i loro endosimbionti con altri che migliorano la loro capacità di resistere alle ondate di calore. Questa è una delle aree di ricerca a cui è maggiormente interessato il coautore dello studio Adriano Bonforti, ricercatore post-dottorato presso l'Università di Umeå.

"Il problema è capire quando i coralli dovrebbero modificare la loro comunità endosimbionte in modo che un tipo di endosimbionte diventi dominante sugli altri, modificando così la risposta del corallo agli effettori dello stress. I modelli matematici possono suggerire probabili ragioni per quando e come i coralli dovrebbero cambiare. I risultati di questi approcci teorici potranno quindi aiutare a guidare la futura ricerca sperimentale," afferma.

Gli autori sostengono anche una maggiore collaborazione tra i ricercatori sull’endosimbiosi. Tracciano paralleli tra le relazioni endosimbiotiche e l'interazione tra modellatori matematici e sperimentali. Entrambi hanno approcci e background diversi, ma secondo loro il risultato della loro collaborazione può essere estremamente fruttuoso.

"Pensa ai modellatori come partner vantaggiosi, che traggono ispirazione e pongono domande intriganti dalle ricche scoperte empiriche. In questo contesto, i modellatori contribuiscono semplificando concetti complessi, scoprendo processi fondamentali e aprendo nuove strade per l'esplorazione. Con questo saggio, speriamo di costruire un ponte più forte tra i due campi e indicare direzioni fruttuose per la ricerca endosimbiotica", afferma Lucas Santana Souza.