"Nonna, perché hai le orecchie così grandi?" è una delle domande più note della letteratura, posata ovviamente da Cappuccetto Rosso mentre osserva esitante il lupo vestito con gli abiti di sua nonna. Se Cappuccetto Rosso fosse stato un fisico, avrebbe potuto benissimo chiedere:"Nonna, perché le tue due orecchie sono esattamente della stessa lunghezza?"

Gli scienziati sono a conoscenza di questo "problema della lunghezza" da molto tempo, ma è stato in gran parte trascurato per la maggior parte del ventesimo secolo. Robert B. Laughlin, che ha vinto il premio Nobel per la fisica nel 1998, ha scritto un interessante articolo sull'argomento. In "Onde critiche e il problema della lunghezza della biologia, "Laughlin afferma che per un lungo periodo di tempo non sono stati compiuti progressi significativi nella comprensione di come gli organismi regolano la loro lunghezza. Ha proposto che gli esseri viventi possono dimensionarsi da soli e che una volta acquisite queste informazioni, possono rispondere di conseguenza, ad esempio cessando di far crescere le braccia o le gambe una volta che questi arti hanno raggiunto la dimensione "desiderata".

I fisici della Saarland University hanno raccolto queste idee e hanno sviluppato un modello matematico che può essere utilizzato per descrivere come i sistemi biologici possono misurare la loro lunghezza. Studente laureato, Frederic Folz, che ha affrontato il problema nella sua tesi di Master, ha ora pubblicato i risultati nella rivista altamente classificata Revisione fisica E in un articolo co-autore di Giovanna Morigi, Professore di Fisica Quantistica Teorica, Karsten Kruse, Professore di Fisica Biologica Teorica, e Lukas Wettmann, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di Kruse.

Gli scienziati hanno scelto di studiare gli assoni come sistema modello. Gli assoni sono componenti chiave delle cellule nervose (neuroni). Gli assoni fungono da collegamento tra le cellule nervose e consentono ai segnali elettrici di passare da un neurone all'altro. Poiché la lunghezza di un assone può variare da pochi micrometri a diversi metri, gli organismi devono ovviamente avere qualche mezzo per controllare per quanto tempo dovrebbero crescere specifici assoni. "Siamo riusciti a sviluppare un modello di un meccanismo che spiega come un organismo può fare proprio questo. Il modello non solo spiega come i neuroni possono determinare la propria lunghezza, può anche essere generalizzato ad altri sistemi biologici, " spiega Frederic Folz.

Le molecole di segnalazione chimica che regolano la crescita nei sistemi biologici si comportano nel modo seguente:"Le molecole si diffondono attraverso il sistema come onde chimiche fino a raggiungere la fine dell'assone, " dice Folz. Se la frequenza alla quale questa 'onda molecolare' ritorna al suo punto di origine è alta, la struttura biologica attraverso la quale è passata l'onda è corta; se la frequenza di tale ciclo è bassa, poi ci è voluto più tempo per il ritorno della sostanza chimica e la struttura è corrispondentemente grande. Una molecola ha bisogno di meno tempo per viaggiare di pochi micrometri all'interno di un batterio di quanto non ne impieghi per viaggiare dalla radice alla chioma di una quercia. I fisici hanno descritto questo meccanismo utilizzando un modello matematico.

I ricercatori ipotizzano che un sistema biologico, come un albero, un essere umano o una cellula, può "misurare" la frequenza di questi cicli e può quindi determinare e quindi controllare la lunghezza di, dire, una foglia o una gamba.

Il loro lavoro potrebbe essere di fondamentale importanza per la ricerca futura su una varietà di malattie. "Il nostro modello può essere utilizzato anche nel settore dell'elettronica per regolare diverse grandezze fisiche, " dice Folz. Il modello incorpora anche elementi che possono descrivere le dinamiche di internet e, più generalmente, altre reti artificiali e potrebbe costituire la base per ulteriori sviluppi e miglioramenti in questi settori.