Geometricamente parlando, le mele appaiono come relativamente sferiche, con una piccola fossetta nella parte superiore (dove cresce lo stelo). Come fanno, questi diffusissimi e in un certo senso storici frutti, a sviluppare proprio quella caratteristica forma?
Se lo è chiesto un team di matematici e fisici che son osservazioni, esperimenti di laboratorio, teoria e calcolo, è riuscito a comprendere meglio crescita e sviluppo della forma di una mela.
Come si legge nello studio pubblicato su Nature Physics, a essere determinanti sono i ‘punti focali’. “Le forme biologiche sono spesso organizzate sulla base di strutture che fungono da punti focali, che a volte possono assumere la forma di ‘singolarità’ in cui sono localizzate le deformazioni. Un esempio lampante è dato dalla cuspide di una mela, la fossetta interna dove il picciolo incontra il frutto”, spiega L Mahadevan, della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), tra gli autori della ricerca.
Mahadevan in passato aveva già sviluppato una teoria che spiegasse forma e la crescita delle mele, ma quando gli scienziati sono stati in grado di collegare le osservazioni su autentiche mele nelle diverse fasi della crescita ai dati degli esperimenti condotti su gel (che imitavano questo processo) e ai calcoli teorici, la ricerca ha vissuto una svolta. Il team di ricerca ha iniziato raccogliendo mele in vari stadi di crescita da un frutteto del Peterhouse College dell’Università di Cambridge nel Regno Unito (l’alma mater di un altro famoso amante delle mele, Sir Isaac Newton). Proprio quelle mele hanno permesso di mappare la crescita della fossetta, o cuspide.
Per comprendere l’evoluzione della forma della mela – e della cuspide in particolare . i ricercatori hanno fatto ricorso a una teoria matematica di vecchia data nota come ‘teoria della singolarità’. La teoria della singolarità viene utilizzata per descrivere una serie di fenomeni, dai buchi neri a esempi più banali come i modelli di luce sul fondo di una piscina, la rottura delle gocce e la propagazione delle crepe. “La cosa eccitante delle singolarità è che sono universali. La cuspide della mela non ha nulla in comune con i modelli di luce in una piscina o con una goccia che si stacca da una colonna d’acqua, eppure ha la stessa forma”, spiega Thomas Michaels, ora all’University College di Londra, tra gli autori del paper.
Partendo da questo quadro teorico, gli scienziati hanno utilizzato la simulazione numerica per capire come la crescita differenziale tra la corteccia del frutto e il nucleo indirizza la formazione della cuspide. Le simulazioni sono state poi corroborate da esperimenti che simulavano la crescita delle mele usando gel che si gonfiava nel tempo. Grazie a questi ultimi, si è mostrato che diversi tassi di crescita tra la massa della mela e la regione del gambo portavano alla cuspide simile a una fossetta. “Variando la geometria e la composizione delle del gel ‘imitante’ abbiamo fatto vedere che si formavano diverse cuspidi, quelle delle mele e di altri frutti, come pesche, albicocche, ciliegie e prugne” ha commentato Aditi Chakrabarti, altro autore dello studio, sempre del SEAS. Gli scienziati hanno scoperto che l’anatomia del frutto sottostante e l’instabilità meccanica potrebbero poi generare anche cuspidi multiple.
“La morfogenesi è una delle grandi questioni aperte in biologia”, conclude Mahadevan. “Grazie alla forma della mela abbiamo sondato alcuni aspetti fisici di una singolarità biologica. Naturalmente, ora dobbiamo comprendere i meccanismi molecolari e cellulari alla base della formazione della cuspide, mentre ci muoviamo lentamente verso una teoria più ampia della forma biologica”.