مدلی جدید نشان می‌دهد که برای توضیح نحوه تشکیل شبکه‌های عروقی سلسله مراتبی و بهینه‌سازی‌شده، دانستن رشد بافت‌ها حیاتی است، و این درست همانند آن چیزی است که در گیاهان و حیوانات دیده می‌شود.

شبکه‌ای پیچیده از مویرگ‌ها، رگ‌ها و سرخ‌رگ‌ها تضمین می‌دهد که خون به طور موثری از نوک انگشتان پا تا بالای سرمان جریان دارد. ژن‌ها در تعیین ساختارهای عروقی سرتاسری نقش دارند، اما آن‌ها مکان دقیق و قطر هر یک از هزاران رگ را در بدن انسان مشخص نمی‌کند. پس شبکه‌ها در چه حالتی برای پیش‌برد مطلوب زندگی کار می‌کنند؟ Henrik Ronellenfitsch  و  Eleni Katiforiاز دانشگاه پنسیلوانیا واقع در فیلادلفیا مدلی را تدوین کرده‌اند که چگونگی رشد بافت‌‌‌های بنیادین را به همراه توسعه شبکه‌ای که در آن قرار گرفته، نشان می‌دهد. این همراهی، شبکه را به گونه‌ای مدیریت و راهبری می‌کند تا به شکلی بهینه و به صورت موثر فعالیت کند و نیاز به راهنماهای شیمیایی پیچیده، و یا الگوهای راهنمایِ از پیش رمزگذاری‌شده نداشته باشد.

H. Ronellenfitsch et al., Phys. Rev. Lett. (2016)

این جفت (بافت + شبکه‌ای که بافت در آن گسترش می‌یابد) به صورت بافتی دوبعدی در نظر گرفته می‌شوند، که به طور یکنواخت در تمام جهات رشد می‌کنند. شبکه‌ای که دارای نقاطی با فواصل مساوی در طول بافت است، و هر نقطه با نزدیک‌ترین همسایه‌ خود از طریق رگی با قطری با اندازه تصادفی مرتبط می‌شود. این گروه مدل اصلاح‌پذیرِ حلقه‌بسته‌ای را ابداع کردند که شامل رسانش رگ‌ها و رشد بافت‌ها است، و در آن قطر رگ‌ها به عنوان عامل رشد به روزرسانی می‌شود (مدلی که با در نظر گرفتن بازخورد و نتیجه در هر بار اجرا، خود را (قطر رگ را) تصحیح و اصلاح می‌کند - مترجم): هنگامی که جریان خون افزایش می‌یابد، قطر رگ بیشتر می‌شود و برعکس. هرچه رشد بافت بیشتر، و شبکه گسترش بیشتری یافت، Ronellenfitsch  و  Katifori شاهد شکی‌گیری شبکه‌ای شدیداً سلسله مراتبی بودند، که در ابتدا سرخ‌رگ‌های بزرگ و بعد از آن رگ‌های کوچک‌تر و مویرگ‌ها ظاهر می‌شدند. شبکه‌های سلسله مراتبی بسیار شبیه به آن‌هایی است که در بدن انسان و برای مثال در شبکیه چشم و هم‌چنین برگ‌های گیاهان دیده می‌شود و هنگامی که رشد بافت متوقف می‌شود، گسترش نمی‌یابند. شبکه‌هایی را که Ronellenfitsch  و  Katiforiبه دست آوردند، به طور قابل توجهی در سیال‌های انتقال‌دهنده کارایی دارند.

این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.

نویسنده: Katherine Wright ویراستار کمکی نشریه فیزیک است.

منبع: Evolving Efficient Networks

مرجع: Global Optimization, Local Adaptation, and the Role of Growth in Distribution Networks