Un incontro in una foresta tra un biologo e un matematico potrebbe portare a un più fitto, alberi a crescita più rapida.
"Ai matematici piace tradurre i processi biologici in numeri, " ha detto Andrei Smertenko, assistente professore presso l'Istituto di chimica biologica della Washington State University. "Sono un biologo, e voglio aiutare a diventare più forte, alberi migliori".
L'allevamento di alberi è un campo lungo e impreciso, con gli allevatori che si affidano a pochi marcatori genetici e a ciò che possono vedere. Ci vogliono anni prima che vedano i tratti che stanno cercando in un giovane albero.
Per accelerare le cose, Smertenko e i suoi colleghi del Dipartimento di Matematica della WSU, Vladyslav Oles e Alexander Panchenko, hanno sviluppato un nuovo modello che potrebbe aiutare a semplificare notevolmente la riproduzione degli alberi.
Come ormoni, i geni influenzano la crescita h
Il gruppo si è incontrato tre anni fa a una festa in un bosco e ha iniziato a parlare di alberi, L'interesse di Smertenko. Quell'incontro casuale alla fine ha portato al modello, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista PLOS Uno dal titolo "Modellazione del controllo ormonale della proliferazione del cambio".
"Crescita radiale, o spessore, è noto per essere controllato da molti ormoni, " Smertenko ha detto. "Ma come ogni ormone contribuisce alla crescita radiale rimane poco compreso. Quindi il modello simula come le interazioni tra ormoni e geni chiave avrebbero un impatto sulla crescita radiale".
I calcoli richiedono una valutazione sistematica di milioni di situazioni diverse nelle cellule, Egli ha detto. Fondamentalmente, il modello esegue miliardi di simulazioni di interazioni genetiche per prevedere quali alberi produrranno più o meno legno man mano che crescono.
Il modello si concentra sul cambio
Il modello si concentra sulla comprensione dei processi molecolari nel cambio, un tipo di cellula staminale in grado di rilevare la disponibilità di nutrienti nel suolo e l'attività fotosintetica nei germogli. Cambium integra questi segnali con l'altezza della pianta per produrre la quantità richiesta di legno ogni stagione di crescita, ha detto Smertenko.
"Il legno è molto costoso da produrre per un albero, dal punto di vista delle risorse, " Ha detto. " Allocare troppe risorse per la produzione di legno limiterebbe in definitiva il potenziale di riproduzione delle piante. E attualmente non possiamo misurare o studiare il cambio in una pianta vivente perché smette di funzionare non appena facciamo qualcosa alla pianta.
"Quindi, se non possiamo osservare direttamente il tessuto, quindi fare un modello matematico è la soluzione migliore che abbiamo finora, " Egli ha detto.
Cambium controlla la crescita degli alberi e, durante la stagione attiva, si divide rapidamente. Se guardi gli anelli annuali di un albero, la parte chiara riflette una maggiore attività del cambio, come in primavera, e gli anelli più scuri sono periodi di lenta crescita, come in inverno.
Il modello identifica le linee di allevamento
In una popolazione di alberi geneticamente diversificata, gli allevatori possono utilizzare le informazioni del modello per vedere quali alberi hanno maggiori probabilità di generare più legno.
"Alcuni allevatori potrebbero volere alberi più magri, o alberi più grossi, " ha detto Smertenko. "Da un punto di vista scientifico, il nostro modello può essere utilizzato per identificare diverse linee di allevamento con una produzione di legno maggiore o minore."
Finora, il modello funziona solo su alberi decidui, come quercia o pioppo, e non sulle conifere, come pino o abete, perché il processo di crescita è meglio compreso negli alberi decidui, ha detto Smertenko.
