Journal: Biosemiotics Pattern without Message: From Environmental Organization to Selective Relevance
Questo studio dimostra che i sistemi viventi come *Saccharomyces cerevisiae* rispondono a specifici, persistenti pattern acustici nel proprio ambiente piuttosto che al segnale sorgente stesso, illustrando un processo di "doppia selezione" in cui il mezzo filtra le differenze disponibili e l'organismo interagisce selettivamente con esse per consentire un'impalcatura semiotica senza costituire una semiosi completa.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Gli esseri viventi sono costantemente bombardati dal mondo fisico. Una brezza sfiora una foglia, un'ombra cade su uno stagno e un'onda sonora increspa l'aria. Eppure, affinché un organismo possa sopravvivere, non può trattare ogni singola minima differenza fisica come importante. Se una cellula reagisse a ogni minuscola fluttuazione del suo ambiente, sarebbe sopraffatta. Il problema centrale di come funziona la vita è comprendere come un essere vivente decida quali di queste infinite differenze fisiche siano effettivamente rilevanti. Alcune differenze sono solo rumore, mentre altre innescano un cambiamento nel comportamento, nella crescita o nello sviluppo. Questo processo di filtraggio del mondo per ridurlo a ciò che è biologicamente significativo è il punto di partenza per comprendere come la vita interagisce con il proprio ambiente.
Gli scienziati sanno da tempo che un organismo non sperimenta il mondo esattamente com'è nella fisica. Invece, vive in un mondo personale plasmato dai propri bisogni e dai propri sensi. Un suono che per una roccia è solo una vibrazione potrebbe essere un segnale di avvertimento per un uccello. Ma prima che un suono possa diventare un segnale, deve prima sopravvivere al viaggio dalla sua fonte all'organismo. Quando un suono viaggia attraverso l'acqua, l'aria o le pareti di un contenitore, cambia. Si distorce, alcune parti diventano più forti e altre più deboli. La domanda che questo team di ricerca si è posta era semplice ma profonda: che aspetto ha realmente il suono quando arriva finalmente alla cellula vivente, e quella specifica forma del suono conta per la cellula?
Per trovare la risposta, i ricercatori si sono rivolti a una forma di vita molto semplice: il lievito di birra. Il lievito è un fungo unicellulare che non ha orecchie, né cervello, né sistema nervoso. Non può sentire nel modo in cui lo fanno gli esseri umani o gli animali. Questo lo ha reso il soggetto perfetto per l'esperimento, perché qualsiasi reazione mostrata non poteva essere spiegata dal "sentire" un messaggio o dal riconoscere una voce. Gli scienziati volevano vedere se la struttura fisica del suono stesso, privata di qualsiasi significato, potesse comunque influenzare la cellula. Hanno esposto le colture di lievito a cinque diversi tipi di suono: toni sintetici, canto umano, suoni di fischietti, rumori impulsivi brevi e un rumore ampio, simile al fruscio statico.
Tuttove, i ricercatori sapevano che il suono generato dai loro altoparlanti non era lo stesso suono che il lievito sperimentava effettivamente. Il suono doveva attraversare un'interfaccia di gomma, una provetta di vetro e il mezzo liquido che conteneva il lievito. Mentre si muoveva attraverso questo sistema, le onde sonore rimbalzavano, interferivano tra loro e cambiavano. Per capire cosa il lievito stesse realmente percependo, il team ha posizionato un sensibile microfono subacqueo, chiamato idrofono, esattamente dove si trovavano le cellule di lievito. Hanno registrato il suono così come esisteva all'interno del liquido, non come veniva emesso dalla macchina.
Ciò che hanno scoperto è che l'ambiente agiva come un filtro che rimodellava il suono in modi complessi. Il suono che arrivava al lievito non era solo una versione più debole del suono originale; era una nuova condizione acustica con la propria struttura unica. Alcuni schemi regolari nel suono venivano preservati, mentre altri svanivano completamente. Ad esempio, la regolarità ritmica di una voce che canta o di un tono sintetico veniva spesso rimescolata passando attraverso il vetro e il liquido, perdendo gran parte della sua temporizzazione originale. Tuttavia, altre caratteristiche, come la stabilità dell'energia del suono nel tempo, rimanevano sorprendentemente intatte. I ricercatori hanno creato un modo per misurare queste caratteristiche sopravvissute, combinandole in un punteggio unico che descriveva quanto fosse "strutturato" il suono una volta arrivato alla cellula.
Quando hanno confrontato questo punteggio con la reazione del lievito, è emerso un modello chiaro. Il lievito non rispondeva all'intensità del suono, né reagiva al tipo specifico di sorgente sonora, come se si trattasse di una voce umana o di un tono meccanico. Invece, il lievito rispondeva alla quantità di organizzazione che rimaneva nel suono dopo il passaggio attraverso l'ambiente. Quando il suono che arrivava alle cellule aveva un alto grado di questa struttura rimanente, il lievito mostrava un cambiamento significativo nel suo tasso di crescita. Al contrario, quando il suono che arrivava era disorganizzato e caotico, il lievito mostrava quasi nessuna reazione.
Il team è andato oltre i semplici tassi di crescita. Ha esaminato l'architettura interna delle cellule di lievito, specificamente la rete di fibre proteiche che danno alla cellula la sua forma e la aiutano a muoversi. Sotto il microscopio, hanno visto che le cellule esposte a suoni altamente strutturati organizzavano le loro fibre interne in modo chiaro e polarizzato, preparandosi per una specifica direzione di crescita. Le cellule esposte a suoni disorganizzati, invece, mantenevano le loro fibre sparse e diffuse. Questa differenza nella struttura interna era visibile anche nel modo in cui le cellule cambiavano forma quando stimolate a riprodursi. Le cellule esposte a suoni strutturati formavano proiezioni distinte ed allungate, mentre quelle esposte a suoni non strutturati rimanevano rotonde e informe.
I risultati suggeriscono un processo di selezione in due fasi. Primo, l'ambiente fisico seleziona quali parti del suono sopravvivono al viaggio. Il tubo di vetro e il mezzo liquido agiscono come un guardiano, decidendo quali schemi rimangono disponibili. Secondo, l'organismo seleziona quali di quegli schemi sopravvissuti sono rilevanti. Il lievito non reagiva a ogni suono che lo raggiungeva; rispondeva solo a quelli che mantenevano un certo livello di ordine strutturale. Ciò significa che l'ambiente stesso gioca un ruolo attivo nel plasmare ciò che un essere vivente può percepire, molto prima che l'essere vivente prenda qualsiasi decisione su cosa fare.
Questo studio non afferma che il lievito stia "ascoltando" o che il suono sia un messaggio con un significato. Il lievito non sta interpretando il suono come una canzone o un avvertimento. Invece, la ricerca evidenzia un passaggio fondamentale che avviene prima che il significato esista. Affinché una differenza nel mondo diventi un segnale, deve prima persistere come un modello stabile e organizzato attraverso il mezzo fisico. L'ambiente fornisce la materia prima delle differenze organizzate, e il sistema vivente interagisce con quegli schemi specifici. Il suono che conta per il lievito non è quello che è stato riprodotto, ma quello che è effettivamente arrivato, rimodellato dal mondo attraverso cui ha viaggiato. Questo lavoro offre un nuovo modo di guardare a come la vita si connette con il proprio intorno, mostrando che la struttura fisica dell'ambiente è importante quanto la macchina biologica dell'organismo nel determinare ciò che viene notato.
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