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» » Las glóbulos blancos resuelven la versión sencilla del problema del viajante

Sin GPS, sin bonitos mapas ni cerebros, las células del sistema inmunológico pueden resolver la versión sencilla del problema del viajante, un enigma de cálculo que ha desconcertado a los matemáticos durante décadas.

Esta nueva investigación simula cómo un tipo de glóbulo blanco busca y destruye las partículas infecciosas, y muestra cómo los organismos vivos, ya sean células, tiburones o abejas, saben encontrar con éxito su destino, con una información limitada y habilidades cognitivas aún más limitadas.

"Algunas estrategias de búsqueda no son quizá las mejores, pero hacen que la exploración completa de un espacio sea muy eficiente", comenta Frederic Bartumeus, ecologista teórico del Centro español de Estudios Avanzados, perteneciente al Consejo de Investigaciones Científicas en Blanes.

Si bien algunas de las mentes matemáticas más privilegiadas han abordando el problema del viajante desde hace décadas, y algunos han hallado soluciones eficientes, nadie ha descubierto la manera de resolver por completo el rompecabezas: Un viajante de comercio debe planificar una ruta de visitas para un determinado número de ciudades, a una vez por cada ciudad, cubriendo la mínima distancia global posible. Un grupo con papel y lápiz puede encontrar la ruta más corta cuando no hay muchas ciudades de destino; pero, cuando el número de objetivos alcanza apenas los dos dígitos, se hacen necesarios elaborados algoritmos y gran potencia de cálculo.

La nueva investigación, que aparecerá en el próximo Physical Review E, y muestra que cuando no hay muchos objetivos, las células hacen un buen trabajo al encontrar la ruta más corta que llega a todos los objetivos. Estas células "buscan" detectando las concentraciones locales de señales químicas y siguiendo las señales del objetivo más cercano. Al repetir este proceso le permite a las células inmunes encontrar y destruir numerosos invasores.

"Podemos hacerlo igual de bien, si no guiamos por nuestra nariz", apunta el biólogo matemático Andy Reynolds, que realizó este nuevo trabajo. "No hay necesidad de saber dónde todos los demás sitios o tener medios para averiguar cuál es el más cercano."

Usar la estrategia de seguimiento por la nariz es un proceso de respuesta a los gradientes químicos, conocido como quimiotaxis, la célula inmune, al buscar cinco objetivos diferentes, encontrará una perfecta ruta de viaje, según muestran las simulaciones del equipo de Reynolds, un científico del Rothamsted Research Institute en el Biotechnology and Biological Sciences Research Council, en Harpenden, Inglaterra. Hasta con 10 objetivos, las células se mostraron muy eficientes: De promedio, las rutas sólo eran un 12 por ciento más largas que la más corta posible. Éstas eran comparables a las soluciones calculadas por el algoritmo del ordenador.

En la actualidad, cuando hay muchas ciudades de destino, la mejor manera de abordar el problema del viajante es una herramienta de programación lineal, dice William Cook, experto en matemática computacional en el Georgia Tech en Atlanta.

Este método encuentra el límite inferior, la ruta con la distancia más corta. Las rutas que tienen 1.000 ciudades o menos puede ser fácilmente resueltas con este método. Pero si agregamos ciudades a la ruta, el número de cálculos necesarios para encontrar el camino más corto aumenta exponencialmente, y los científicos todavía no tienen un algoritmo claro que resuelva la cuestión, sin importar cuántas ciudades, el caso es encontrar la ruta más corta.

De hecho, los investigadores no saben si esta solución es posible (El Instituto Clay de Matemáticas en Cambridge, Massachusetts, ofrece 1.000.000 dólares a cualquiera que llegue a una solución, o demostrar que no existe).

Abordar el problema del viajante con la quimiotaxis es un buen ejemplo de cuando un paso por debajo de lo óptimo parece ser lo óptimo, considera Bartumeus. Por supuesto, con toda la información, tiempo y recursos del mundo, una búsqueda concienzuda y sistemática resultan ideales; pero este tipo de situaciones rara vez existen y lo perfecto no debe ser enemigo de lo simplemente bueno. Cada vez hay más ejemplos de organismos con estrategias por debajo de lo óptimo, tales como la quimiotaxis o el patrón de búsqueda conocido como el vuelo de Lévy (SN: 6/15/10, p. 15), o una combinación de ambas estrategias, que funcionan mejor en las situaciones no ideales en las que existen.

Aplicando simples estrategias similares, los científicos aportan algunas formas eficaces de encontrar todo tipo de cosas, dice Bartumeus, como la fuente de un remolino de productos químicos en un río, o incluso un niño que se ha perdido entre las enmarañadas calles estrechas de un barrio,

  • Referencia: Wired.com, por Rachel Ehrenberg, 11 de abril 2011
  • Imagen: Un glóbulo blanco bajo el microscopio electrónico, crédito: wellcome images /Flickr

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Editor del blog Pedro Donaire

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