Složité zvířecí vzorce: Na tuto otázku by mohla odpovědět nová studie

Přihlaste se k odběru vědeckého zpravodaje CNN Wonder Theory. Prozkoumejte vesmír se zprávami o fascinujících objevech, vědeckém pokroku a dalších.

CNN
—

Nápadně vzorovaný boxfish nepostrádá detaily, pokud jde o jeho šestiúhelníkové skvrny a ostré linie – složité značení je u tohoto druhu tak ostré, že i jeho inženýři z University of Colorado Boulder byli zmateni. O tom, jak získat ten výrazný vzhled.

Alan Turing, slavný matematik Vynalezl moderní výpočetní techniku, před více než 70 lety navrhl, že zvířata získala své vzory produkcí chemických látek, které by difundovaly přes kožní tkáň, podobně jako to dělá smetana v kávě. Chemikálie budou reagovat, zatímco jiné faktory jejich aktivitu potlačí a vytvoří vzor. Turingova teorie však nevysvětlila, jak by vzory zůstaly specifické u druhů, jako je ozdobený boxfish.

Tým inženýrů z University of Colorado Boulder v nové studii objevil, jak může mechanismus zvaný difúzní fotoforéza vytvářet ostré vzory. Středa ve Science Advances. Proces difúzní elektroforézy popisuje pohyb molekul suspendovaných v kapalině v reakci na a Koncentrační gradient samostatné chemické látky, což způsobí, že se malé molekuly, v tomto případě chromatofory (pigmentové buňky), koncentrují a shlukují.

Když vědci vypočítali Turingovu rovnici upravenou tak, aby zahrnovala tento proces, simulace, které vytvořili, ukázaly, že dráha částic vždy vytvořila široké čáry, na rozdíl od vágních, neurčitých skvrn, které by vytvořila samotná Turingova teorie.

„Zaujalo nás, že pokud je to rozšířené, vzory by neměly být tak ostré…a barvy by neměly být tak nápadné,“ řekl spoluautor studie. Ankur Gupta, odborný asistent chemického a biologického inženýrství na University of Colorado Boulder. „Co tedy dává těmto vzorům tak úžasnou ostrost? To je místo, kde přichází na řadu difúzní elektroforéza.“

Zjištění inženýrů naznačují, že jak se chemické látky šíří, tvoří se chromatofory Jsou také taženy po své dráze v procesu difúzní elektroforézy a vytvářejí skvrny a linie s jasněji definovaným obrysem. Podle tiskové zprávy Na studiu.

Gupta řekl, že doufá, že zjištění podpoří další výzkum difúzní forézy ve vztahu k embryogenezi a tumorigenezi, stejně jako morfogenezi a biologickým procesům jiných druhů.

„Myšlenka ostření rozhraní je dobrý nápad a je určitě důležitá pro biologickou funkci,“ řekl. Dr. Andrew Krauseodborný asistent aplikované matematiky na Durhamské univerzitě ve Spojeném království Studujte Turingovu teoriiv e-mailu.

„Matematické myšlenky, jako je difúze, často vedou k „hladkým“ nebo souvislým rozhraním, zatímco většina hranic v biologických tkáních (například hranice mezi vašimi orgány) je relativně rigidní,“ řekl Kraus, který se na studii nepodílel. alespoň jeden možný způsob, jak zostřit oblasti genové exprese.“

Turingova hypotéza se poprvé objevila v roce 1952 v článku, který napsal s názvem „Chemický základ morfogeneze“. Jeho teorie tvrdila, že zvířecí vzory nebyly náhodné, ale spíše procesem chemické reakce a difúze, který systematicky vedl k výskytu skvrn na leopardovi nebo pruhů na leopardovi. University of Warwick.

Zatímco proces difúze je navrhovanou modifikací pro upřesnění Turingovy teorie na základě nedávné studie, mohou být možná i jiná řešení, řekl. Jeremy Greenprofesor vývojové biologie na King’s College London.

„Buňky jsou velmi lepkavé a je nepravděpodobné, že by se pohybovaly difúzní elektroforézou,“ uvedl v e-mailu Green, který se studie nezúčastnil. „Pohyb buněk za účelem zostření Turingova vzoru (nebo vlastně jakékoli hranice) není nový nápad a může k němu dojít nejen chemotaxí (aktivní migrace buněk), ale také jinými mechanismy.“

Green řekl, že věří, že studie pravděpodobně ovlivní budoucí modelování a experimentování, ale v Turingově teorii stále existují díry, které je třeba ještě prozkoumat. Green je spoluautorem A Studie z února 2012 Což našlo důkazy na podporu Turingovy teorie, pokud jde o hrboly na patře myši.

„V našem výzkumu jsme zvažovali další možnosti a uznali jsme existenci procesů, jako je chemotaxe, tedy migrace buněk,“ uvedl Gupta v e-mailu. „Nemáme v úmyslu tvrdit, že difúzní fotoforéza je jediným mechanismem, ale spíše že existuje a nebyla náležitě oceněna. Zahrnutí difúze pomáhá zlepšit robustnost takových předpovědí.“