Природа изобилует разнообразием узоров на животных и растениях. Теперь, возможно, найден ответ на давний вопрос о том, как формировались эти закономерности.
В 1952 году, еще до открытия биологами структуры двойной спирали ДНК, математик Алан Тьюринг выдвинул смелую гипотезу о том, как животные приобретают свои узоры. Он предположил, что в процессе развития тканей выделяются химические вещества, которые смешиваются (или, точнее, диффундируют) через ткани, подобно тому, как молоко смешивается с кофе. Некоторые из этих веществ «взаимодействуют» друг с другом, образуя пятна, в то время как другие замедляют распространение и реакцию, создавая участки другого цвета.
Теория Тьюринга утверждала, что вместо сложных генетических механизмов простая модель реакции-диффузии может быть достаточной для объяснения основ формирования биологических узоров.
Основываясь на теории Тьюринга, группа исследователей из Университета Колорадо в Боулдере согласилась с тем, что такой механизм может создавать узоры, однако отметила, что диффузия не приводит к четким закономерностям. Например, как пояснили авторы в статье, опубликованной в журнале Science Advances, когда молоко смешивается с кофе, оно распространяется во всех направлениях с нечеткими границами. Таким образом, теория Тьюринга не объясняет четкость пятен, наблюдаемых у животных.
Исследователи задумались: а что, если дело в диффузиофорезе? Это процесс, при котором молекула, перемещающаяся в жидкости, в ответ на изменения (например, разницу в концентрациях) ускоряет движение других типов молекул в той же среде. Этот процесс, например, помогает в стирке белья. Как выяснили ученые, он всегда следует четкой траектории и создает узоры с резкими очертаниями.
Увлеченные этой идеей, ученые смоделировали на компьютере пурпурно-черный шестиугольный узор, используя только уравнения Тьюринга. В результате они получили размытые фиолетовые точки с нечетким черным контуром. Затем они изменили уравнения, добавив в них диффузиофорез. Результат стал гораздо четче, и ученые осознали, что недооценивали значение диффузиофореза, пытаясь разгадать загадку пятен на шкурах леопардов и других животных.
Оставить комментарий
(1)