Сложные модели поведения животных: новое исследование может ответить на этот вопрос

Подпишитесь на научный информационный бюллетень CNN Wonder Theory. Исследуйте вселенную с новостями об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом.

Си-Эн-Эн
—

Рыба-кузов с ярким рисунком не лишена деталей, когда дело доходит до шестиугольных пятен и острых линий — сложные отметины у этого вида настолько резкие, что даже инженеры из Университета Колорадо в Боулдере были озадачены. О том, как добиться такого неповторимого образа.

Алан Тьюринг, знаменитый математик, изобретший современные компьютеры, более 70 лет назад предположил, что животные получили свои закономерности, производя химические агенты, которые распространялись через ткани кожи, подобно тому, как распространяются сливки для кофе. Химические вещества будут реагировать, в то время как другие факторы подавляют их активность, создавая структуру. Но теория Тьюринга не объясняет, как закономерности остаются специфичными у таких видов, как декоративный самец.

Команда инженеров из Университета Колорадо в Боулдере обнаружила, как механизм, называемый диффузионным фотофорезом, может создавать четкие узоры в новом опубликованном исследовании. Среда в научном прогрессе. Процесс диффузионного электрофореза описывает движение молекул, взвешенных в жидкости, в ответ на Градиент концентрации отдельного химического вещества, в результате чего небольшие молекулы, в данном случае хроматофоры (пигментные клетки), концентрируются и слипаются вместе.

Когда ученые рассчитали уравнение Тьюринга, модифицированное для включения этого процесса, созданные ими симуляции показали, что траектория частиц всегда создает широкие линии, в отличие от расплывчатых, неопределенных пятен, которые могла бы создать сама теория Тьюринга.

«Нас заинтриговало то, что, если он широко распространен, узоры не должны быть такими резкими… и цвета не должны быть такими яркими», — сказал соавтор исследования. Анкур Гупта, доцент кафедры химической и биологической инженерии Университета Колорадо в Боулдере. «Так что же придает этим рисункам такую ​​удивительную четкость? Вот тут-то и приходит на помощь диффузионный электрофорез».

Результаты инженеров показывают, что по мере распространения химических агентов образуются хроматофоры. Они также вытягиваются на своем пути в процессе диффузионного электрофореза, создавая пятна и линии с более четко выраженным контуром. Согласно пресс-релизу Об учебе.

Гупта выразил надежду, что полученные результаты будут способствовать дальнейшим исследованиям диффузионного фореза в связи с эмбриогенезом и онкогенезом, а также морфогенезом и биологическими процессами других видов.

«Идея улучшения интерфейсов — хорошая идея, и она, безусловно, важна для биологических функций», — сказал он. Доктор Эндрю Краузедоцент кафедры прикладной математики Даремского университета в Великобритании Изучите теорию Тьюрингапо электронной почте.

«Математические идеи, такие как диффузия, часто приводят к «гладким» или непрерывным границам раздела, тогда как большинство границ в биологических тканях (например, границы между вашими органами) относительно жесткие», — сказал Краус, не принимавший участия в исследовании. по крайней мере, один из возможных способов уточнить области экспрессии генов».

Гипотеза Тьюринга впервые появилась в 1952 году в написанной им статье под названием «Химическая основа морфогенеза». Его теория утверждала, что модели поведения животных были не случайными, а, скорее, процессом химической реакции и диффузии, который систематически приводил к появлению пятен на леопарде или полос на леопарде, согласно его теории. Университет Уорика.

По его словам, хотя процесс диффузии является предлагаемой модификацией для уточнения теории Тьюринга, основанной на недавнем исследовании, возможны и другие решения. Джереми Гринпрофессор биологии развития Королевского колледжа Лондона.

«Клетки очень липкие и вряд ли смогут двигаться при диффузионном электрофорезе», — сказал Грин, не принимавший участия в исследовании, в электронном письме. «Движение клеток для уточнения паттерна Тьюринга (или любой границы) не является новой идеей и может происходить не только за счет хемотаксиса (активной миграции клеток), но и за счет других механизмов».

Грин сказал, что, по его мнению, исследование, вероятно, повлияет на будущее моделирование и эксперименты, но в теории Тьюринга все еще есть дыры, которые еще предстоит изучить. Грин является соавтором А. исследование февраля 2012 г. Который нашел доказательства, подтверждающие теорию Тьюринга, когда речь идет о шишках на нёбе мыши.

«В нашем исследовании мы рассмотрели другие возможности и признали существование таких процессов, как хемотаксис, то есть миграция клеток», — сказал Гупта в электронном письме. «Мы не намерены утверждать, что диффузионный фотофорез является единственным механизмом, а, скорее, что он существует и не был должным образом оценен. Включение диффузии помогает повысить надежность таких прогнозов».