Математики вывели «уравнение полосатости» разных животных

Фото: catlovers/flickr

В новом исследовании ученые создали модель, учитывающую не только структуру полосок на теле животных, но и ориентацию, которую они приобретают по мере формирования. К примеру, она позволяет ответить на вопрос о том, почему у тигров полосы вертикальные, а у рыбок данио-рерио — горизонтальные.

Описанные в работе расчеты базируются на так называемой реакционно-диффузной модели Алана Тьюринга, разработанной им еще в 1952 году. Она предполагает наличие двух веществ, которые динамически взаимодействуют друг с другом. Первое вещество усиливает как собственное производство, так и производство второго вещества. Второе, в свою очередь, тормозит производство чего бы то ни было или уменьшает количество. Вариации параметров в данной системе порождают различные рисунки (на шкурах животных, на раковинах моллюсков, перьях птиц, крыльях бабочек и пр.). Несмотря на свою универсальность, модель Тьюринга, однако, не объясняет ориентацию формирующихся полос. В новой работе исследователи вывели формулу, которая восполняет этот пробел.

Созданная модель принимает в расчет три основных источника возмущений, которые могут повлиять на ориентацию полос. Первый связан с изменением плотности вещества и, соответственно, плотности полос, составляющих узор. Второй учитывает вариации параметров формирования полос, а третий связан с изменениями направления, которые имеют физическую основу — на молекулярном или клеточном уровне, а также ввиду механических возмущений.

Данная модель описывает формирование полос определенной ориентации только теоретически, и пока непонятно, можно ли ее однозначно связать с тем, как этот процесс реализуется в природе. На сегодняшний день известны мутации, из-за которых у полосатых рыбок перестают формироваться полоски или образуются пятна вместо этого. Однако ученым еще предстоит выяснить отдельные молекулы и механизм на клеточном уровне, вовлеченные в этот процесс.

Результаты своей работы ученые из США описали в статье, опубликованной в журнале Cell Systems.
Теги:

Читать еще на Чердаке: