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Um organismo sem um único neurônio resolveu em cerca de vinte e seis horas um problema de engenharia de transporte que ocupou décadas de trabalho humano.
Pesquisadores japoneses recortaram a Grande Tóquio numa placa úmida, marcaram cada cidade vizinha com um floco de aveia e acenderam luz forte onde havia montanha e água.
O mixomiceto Physarum polycephalum, uma célula gigante de gosma amarela, primeiro se espalhou por tudo e depois podou a si mesmo até sobrar uma rede de tubos com custo, eficiência e resistência a falha equivalentes aos da malha ferroviária que engenheiros levaram gerações para projetar.
I
O Mecanismo
A montagem do experimento cabia numa bandeja.
O grupo de Toshiyuki Nakagaki, na Universidade de Hokkaido, recortou uma placa de ágar úmido no formato da região de Kanto, a área que cerca Tóquio, e respeitou o contorno da baía e da costa como se fosse um mapa em escala de laboratório.
Cada cidade virou comida. Os pesquisadores depositaram trinta e seis flocos de aveia nos pontos que correspondiam às principais estações e cidades do entorno da capital, e inocularam o mixomiceto exatamente sobre o floco que marcava Tóquio. A partir dali, o organismo tinha uma lista de destinos e nenhuma instrução.
O relevo entrou como luz. Physarum polycephalum foge de claridade forte, então bastou iluminar as regiões de montanha, lago e mar aberto para criar barreiras intransponíveis sem construir parede nenhuma. Onde o engenheiro não assentaria trilho, a lâmpada mantinha a gosma longe.
A primeira reação foi ocupar tudo. Nas horas iniciais o plasmódio se espalhou como uma mancha contínua sobre a placa, cobrindo cada floco disponível numa lâmina espessa e desperdiçada. Só depois começou a parte interessante, que é a poda.
Em cerca de vinte e seis horas a mancha virou rede. Os trechos que carregavam pouco alimento afinaram e sumiram, os que carregavam muito engrossaram, e sobrou um traçado de tubos ligando os trinta e seis pontos com pouquíssima redundância e nenhuma sobra.
A comparação com a malha real foi o soco.
Medidos os três critérios que um planejador usa, custo total de trilho, distância média entre estações e resistência a falha, a rede da gosma empatou com a malha ferroviária da Grande Tóquio, projetada por gerações de engenheiros com levantamento topográfico, censo e computador.
O calculista não tem cérebro nem células separadas. O plasmódio de Physarum é uma célula única capaz de cobrir mais de um metro quadrado, com milhões de núcleos boiando no mesmo citoplasma, nenhuma sinapse, nenhum neurônio e nenhum centro que decida pelo resto do corpo.
O que existe é uma bomba que troca de sentido. O citoplasma vai e volta dentro dos tubos num vaivém que inverte a direção a cada dois minutos, empurrado por contrações rítmicas da parede, e cada ida carrega nutriente e sinal químico de uma ponta à outra da rede.
A regra do organismo cabe numa frase. Tubo grosso oferece menos resistência, recebe mais fluxo e engrossa mais; tubo fino recebe pouco, seca e é reabsorvido. O reforço se retroalimenta e, sem ninguém coordenando, a rede converge para o traçado que move mais comida por menos tubo.
Atsushi Tero traduziu a regra em equação. Bastam duas linhas de matemática, uma para o fluxo dentro de cada tubo e outra para a espessura que responde ao fluxo, e um computador reproduz a rede de Tóquio a partir das mesmas posições de flocos, sem nenhum passo de decisão.
A façanha não começou em Tóquio.
Em 2000, o mesmo grupo espalhou o organismo dentro de um labirinto e colocou um floco de aveia na entrada e outro na saída, e viu a gosma recolher todos os braços presos em becos até restar apenas o caminho mais curto entre os dois pontos.
O comitê do Ig Nobel notou duas vezes. Nakagaki levou o prêmio de ciência cognitiva em 2008, pela descoberta de que um mixomiceto resolve quebra-cabeça, e o de planejamento de transportes em 2010, pelo mapa ferroviário desenhado por gosma.
Nos dois casos, o trabalho premiado já tinha passado por revisão por pares.
II
Por que Importa
A regra virou ferramenta de engenharia. O modelo ficou conhecido como Physarum solver e resolve caminho mínimo, árvore geradora e desenho de rede em grafos grandes, rodando como algoritmo comum em máquina comum, sem nenhuma gosma envolvida.
A vantagem está no tipo de resposta. Em rede com milhares de pontos, testar todas as configurações é inviável, e o método da gosma entrega em poucos passos um traçado quase ótimo, tolerante a rompimento e fácil de recalcular quando um destino novo entra no mapa.
Outros países passaram pelo mesmo teste. Andrew Adamatzky e colegas repetiram a receita com flocos sobre mapas do Reino Unido, da Península Ibérica, do México, do Canadá e dos Estados Unidos, e o traçado da gosma reproduziu boa parte das rodovias principais de cada região.
O truque chegou até o mapa do universo. Em 2020, uma equipe liderada por Joseph Burchett usou um algoritmo inspirado no Physarum para traçar os filamentos de matéria que ligam galáxias, e depois confirmou o desenho com as marcas de absorção medidas pelo telescópio Hubble.
A resistência a falha explica os anéis. Uma rede sem circuito fechado gasta menos tubo, mas qualquer corte isola um pedaço inteiro, e o organismo mantém algumas ligações redundantes justamente para sobreviver a rompimento, o mesmo motivo que leva um planejador a duplicar linha.
A computação sem chip virou campo de pesquisa. Laboratórios europeus chegaram a construir protótipos de circuito com o próprio organismo vivo crescendo sobre eletrodos, usando os tubos como fios que se formam e desaparecem conforme o problema muda de forma.
O bicho ainda deixa memória fora do corpo.
Um trabalho de Chris Reid e Audrey Dussutour mostrou que o rastro de muco seco marca onde a célula já esteve, e o organismo evita a própria trilha antiga para não repetir caminho, o que funciona como anotação externa em vez de lembrança interna.
Ele também aprende no tempo. Submetido a três choques de ar frio e seco em intervalos regulares, o plasmódio passou a desacelerar sozinho na hora do quarto choque, que não veio, e voltou a andar ao perceber o engano.
Em outro laboratório, aprendeu a atravessar uma ponte amarga que antes recusava.
A lição atravessa a biologia inteira.
Cupim que ergue chaminé de ventilação, formiga que acha a rota mais curta até a comida e neurônio que reforça a sinapse mais usada seguem a mesma receita: fortalecer o que está em uso, abandonar o que está parado, deixar a estrutura emergir do próprio tráfego.
O fecho incomoda por bom motivo. Otimizar não exige plano, nem projeto, nem consciência do problema, apenas uma regra local aplicada milhões de vezes por um material que responde ao próprio fluxo. A gosma amarela não faz ideia do que é Tóquio, e mesmo assim desenhou a cidade.
III
A Fonte
Nature, 2000. Toshiyuki Nakagaki, Hiroyasu Yamada e Ágota Tóth, em "Maze-solving by an amoeboid organism", descreveram o plasmódio recolhendo os braços presos em becos sem saída até ligar entrada e saída do labirinto pelo trajeto mais curto.
Science, 2010. Atsushi Tero, Seiji Takagi, Kentaro Ito, Dan Bebber, Mark Fricker, Ryo Kobayashi e Toshiyuki Nakagaki, em "Rules for biologically inspired adaptive network design", compararam a rede formada sobre o mapa da Grande Tóquio com a malha ferroviária real e propuseram o modelo matemático da adaptação dos tubos.
Physical Review Letters, 2008. Tetsu Saigusa, Atsushi Tero, Toshiyuki Nakagaki e Yoshiki Kuramoto, em "Amoebae anticipate periodic events", registraram o organismo desacelerando na hora prevista de um estímulo frio que deixou de ser aplicado.
Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012. Chris Reid, Tanya Latty, Audrey Dussutour e Madeleine Beekman, em "Slime mold uses an externalized spatial memory to navigate in complex environments", mostraram a célula usando o próprio rastro de muco como registro do território já visitado.
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