Gli scienziati della Graduate School of Information Science and Technology dell'Università di Tokyo hanno calcolato l'efficienza della rete sensoriale che i batteri usano per spostarsi verso il cibo e l'hanno trovata ottimale dal punto di vista della teoria dell'informazione. Questo lavoro potrebbe portare a una migliore comprensione del comportamento dei batteri e delle loro reti sensoriali.

Nonostante siano organismi unicellulari, batteri come E. Coli possono eseguire alcune impressionanti imprese di rilevamento e adattamento in condizioni ambientali in costante cambiamento. Per esempio, questi batteri possono percepire la presenza di un gradiente chimico che indica la direzione del cibo e muoversi verso di esso. Questo processo è chiamato chemiotassi, e ha dimostrato di essere notevolmente efficiente, sia per la sua elevata sensibilità a piccoli cambiamenti di concentrazione sia per la sua capacità di adattarsi ai livelli di fondo. Però, la questione se questo sia il miglior sistema di rilevamento possibile che possa esistere in ambienti rumorosi, o un compromesso evolutivo subottimale, non è stato determinato.

Ora, ricercatori dell'Università di Tokyo hanno dimostrato che il modello standard utilizzato dai biologi per descrivere la chemiotassi batterica è, infatti, matematicamente equivalente alla dinamica ottimale. In questo quadro, recettori sulla superficie del batterio possono essere modulati dalla presenza delle molecole bersaglio, ma questa rete di segnalazione può essere influenzata da rumore casuale. Una volta che i batteri determinano se stanno nuotando verso o lontano dal cibo, possono regolare il loro comportamento di nuoto di conseguenza.

"L'E. coli può muoversi in linea retta o riorientarsi casualmente tramite il rotolamento. Riducendo la frequenza del rotolamento quando rileva un gradiente di concentrazione positivo dell'attrattivo, il batterio può muoversi preferenzialmente verso il cibo, " dice il primo autore Kento Nakamura.

Utilizzando la teoria del filtraggio non lineare, che è una branca della teoria dell'informazione che si occupa di aggiornare le informazioni sulla base di un flusso di informazioni in tempo reale, gli scienziati hanno dimostrato che il sistema utilizzato dai batteri è davvero ottimale.

"Troviamo che il miglior sistema di filtraggio del rumore coincide con il modello biochimico del sistema sensoriale di E. coli, " spiega l'autore senior Tetsuya J. Kobayashi.

I risultati di questa ricerca possono essere applicati anche ai sistemi sensoriali di altri organismi, come i recettori accoppiati a proteine ​​G utilizzati per la vista. Poiché tutti i sistemi viventi devono essere in grado di percepire e reagire ai loro ambienti, questo progetto può aiutare a valutare l'efficienza del filtraggio delle informazioni più in generale.