Modelo de detección de vecinos

El modelo matemático de detección de vecinos del crecimiento de hifas es un conjunto de modelos informáticos interactivos que simulan la forma en que crecen las hifas de los hongos en un espacio tridimensional. La simulación tridimensional es una herramienta experimental que se puede utilizar para estudiar la morfogénesis de las redes de hifas de los hongos.

El proceso de modelado comienza con la proposición de que cada hifa en el micelio fúngico genera un cierto campo abstracto que, al igual que los campos físicos conocidos, disminuye con el aumento de la distancia. En los modelos se incluyen tanto campos escalares como vectoriales . Los campos y sus gradientes se utilizan para informar al algoritmo que calcula la probabilidad de ramificación, el ángulo de ramificación y la dirección de crecimiento de cada punta de hifa en el micelio simulado. El vector de crecimiento recibe información de sus alrededores. La punta de hifa virtual está "detectando" el micelio vecino; por lo tanto, se denomina modelo de detección de vecinos.

Las paredes transversales de las hifas vivas se forman solo en ángulos rectos con respecto al eje longitudinal de la hifa. El ápice de una hifa hija solo puede surgir si se inicia una ramificación. Por lo tanto, para los hongos, la formación de una ramificación de la hifa es el equivalente a la división celular en animales, plantas y protistos. La posición de origen de una ramificación y su dirección y tasa de crecimiento son los principales eventos formativos en el desarrollo de los tejidos y órganos de los hongos. En consecuencia, al simular las matemáticas del control del crecimiento y la ramificación de las hifas, el modelo de detección de vecinos proporciona al usuario una forma de experimentar con características que pueden regular los patrones de crecimiento de las hifas durante la morfogénesis para llegar a sugerencias que podrían probarse con hongos vivos.

El modelo fue propuesto por Audrius Meškauskas y David Moore en 2004 y desarrollado utilizando las instalaciones de supercomputación de la Universidad de Manchester . La idea clave de este modelo es que todas las partes del micelio fúngico tienen sistemas de generación de campo, mecanismos de detección de campo y algoritmos de alteración de la dirección de crecimiento idénticos. Con parámetros de modelo elegidos adecuadamente, es posible observar la transformación de la estructura inicial desordenada del micelio en varias formas, algunas de las cuales son cuerpos fructíferos fúngicos naturales y otras estructuras complejas.

En uno de los ejemplos más sencillos, se supone que las puntas de las hifas intentan mantener una orientación de 45 grados con respecto al campo vectorial de gravedad de la Tierra y también generan algún tipo de campo escalar que las puntas en crecimiento intentan evitar. Esta combinación de parámetros conduce al desarrollo de estructuras cónicas huecas, similares a los cuerpos fructíferos de algunos hongos primitivos.

En otro ejemplo, la hifa genera un campo vectorial paralelo al eje de la hifa, y las puntas tienden a girar paralelas a ese campo. Cuando más puntas giran en la misma dirección, sus hifas forman un campo direccional más fuerte. De esta manera, es posible observar la orientación espontánea de las hifas en crecimiento en una sola dirección, lo que simula las hebras, cordones y rizomorfos producidos por muchas especies de hongos en la naturaleza. Los parámetros bajo los cuales opera el modelo pueden cambiarse durante su ejecución. Esto permite que se forme una mayor variedad de estructuras (incluidas formas similares a las de los hongos) y se puede suponer que simula casos en los que la estrategia de crecimiento depende de un reloj biológico interno. El modelo de detección de vecinos explica cómo pueden surgir diversas estructuras fúngicas debido al "comportamiento de multitud" (convergencia) de la comunidad de puntas de hifas que forman el micelio.

• Meškauskas A, Fricker MD, Moore D (2004). Simulación del crecimiento colonial de hongos con el modelo de detección de vecinos del crecimiento de hifas. Investigación micológica , 108 , 1241-1256. pdf
• Meškauskas, A., McNulty, Moore, D. (2004). La regulación concertada de los tropismos en todas las puntas de las hifas es suficiente para generar la mayoría de las estructuras fúngicas. Investigación micológica , 108 , 341-353. pdf
• Money NP. (2004) Biología teórica: hongos en el ciberespacio. Nature , 431 (7004):32. enlace
• Davidson AF, Boswell GP, Fischer MWF, Heaton L., Hofstadler D, Roper M. (2011). IMA Fungus . 2(1) : 33–37. Enlace NCBI

Se pueden encontrar más detalles en los siguientes sitios web: [1] (principal) y [2] (espejo). Ambos sitios distribuyen los programas como software gratuito, junto con una amplia documentación.