• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.11.2023
Михаил Орлов
5 656

Ученые объяснили появление контрастных узоров на теле животных

3.6

Замысловатые паттерны окраски животных в виде полосок, ячеек и пятен могут возникать из-за самоорганизации вещества — это предположил еще Алан Тьюринг. Однако его модель не объясняет резкие переходы на таких узорах. С этим справился новый подход к моделированию паттернов Тьюринга, который учитывает конвекцию и разницу размеров взаимодействующих частиц.

Aracana ornata
Тропическая рыба Aracana ornata / © Julian Finn, Museums Victoria / Автор: Андрей Чернов

Многие звери, рыбы и прочие животные покрыты сложным орнаментом — он образован чередованием полос, волнистыми линиями, пятнами, шестиугольными ячейками и так далее. Ученых давно интересовало, откуда берутся подобные узоры. Одно из лучших объяснений предложил Алан Тьюринг, который известен прежде всего как математик, логик и криптограф, оказавший большое влияние на становление информатики. Тьюринг не ограничивался этими областями науки: в 1952 году он выпустил статью «Химические основы морфогенеза», где объяснял возникновение «животных узоров» появлением неоднородностей в исходно гомогенной смеси веществ.

Согласно Тьюрингу, такие сложные паттерны — это результат процесса самоорганизации материи. Их формирование подчиняется тем же самым закономерностям, что и многие другие явления живой и неживой природы. В дальнейшем они стали известны как «паттерны Тьюринга».

Классическая модель таких паттернов хорошо описывает множество процессов — от образования ячеек в эмульсионных растворах до формирования пальцев на развивающейся конечности. Однако она не объясняет контрастности пятен и полос на теле животных — наблюдаемые в природе переходы гораздо резче, чем следует ожидать.

Авторы статьи для Science Advances создали новую модель, которая решила проблему. Метод учитывает не только пространственную самоорганизацию смеси из реагирующих веществ, но и их качественные различия. Подход предполагает, что, помимо небольших растворимых молекул (разница концентраций которых и заставляет систему меняться), в ней есть более крупные коллоидные частицы. Это как раз хроматофоры, то есть агрегаты из различных окрашенных молекул.

Сверху: рыба Aracana ornata, снизу (слева направо): реальный узор рыбы, симуляция на основе классической и новой моделей / © D. Alessio et al., 2023

Выходит, что модель рассматривает процесс диффузиофореза — то есть перенос более крупных коллоидов за счет реакций между молекулами, растворимыми метаболитами. В последнее время диффузиофорез активно используют для моделирования многих процессов, протекающих в живом, а также на практике — для очистки материалов от загрязнений. Авторы исследования дополнительно рассмотрели роль конвекции — переноса вещества потоками нагретого раствора — наряду с диффузией в исходной модели.

Модель проверили с помощью вычислений, сравнив ее результаты с теми, что получены на основе модели Тьюринга, а также реальными узорами на теле двух тропических рыб. Первая — Aracana ornata, покрытая шестиугольниками и полосами, вторая — мурена Muraena lentiginosa, имеющая пятна внутри других пятен.

Новый подход к моделированию действительно хорошо воспроизвел резкие переходы на теле рыб и тем самым преодолел ограничения, имевшиеся у исходной модели паттернов Тьюринга. Поскольку такое моделирование описывает самые общие закономерности самоорганизации материи, его можно использовать не только для объяснения окраски животных и их морфогенеза, но и множества других явлений живой и неживой природы.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 14:24
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

8 часов назад
Полина Меньшова

Сидячий образ жизни часто называют «новым курением», поскольку отсутствие физической активности и работа в неудобных позах приводит к большому количеству проблем со здоровьем. В связи с этим появился тренд на столы для работы стоя. Исследователи из США изучили разные типы рабочих мест и оценили их эффективность — как для здоровья сотрудников, так и для производительности.

Вчера, 19:04
Александр Березин

По уточненным данным, для свода Международной космической станции с орбиты компания Илона Маска использует сильно измененный грузовой корабль, имеющий рекордно большое количество двигателей (больше, чем у любого другого корабля в истории). Однако это не будет Starship, хотя для него такая задача в теории была бы проще.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно