Zašto životinje imaju pege i pruge?

Zebrine pruge i leopardove pege savršeno su nesavršene.

Krzno i krljušti u životinjskom svetu daleko su od dosadnih i prepuni su neobičnih boja i šara. Ovi dezeni nadahnuti matematikom, poput leopardovih pega i tigrovih pruga, podjednako su zanimljivi koliko i složeni. Ali kako su životinje dobile pege, pruge i sve ono između? To pitanje decenijama muči naučnike i matematičare, a jedna grupa istraživača možda je sada bliže odgovoru.

Zagonetka koju ni čuveni razbijač šifara nije rešio

Britanski matematičar Alan Tjuring je 1952. godine pretpostavio da tkivo tokom razvoja stvara hemijske supstance koje se kreću kroz njega, slično kao što se belo mleko razliva kada ga sipate u crnu kafu. Prema Tjuringovoj teoriji, neke od tih supstanci aktiviraju ćelije koje proizvode pigment i tako nastaju pege. Druge supstance zaustavljaju te ćelije, pa između pega ostaju prazna polja. Ipak, računarske simulacije zasnovane na Tjuringovoj ideji davale su pege koje su bile mutnije od onih u prirodi.

Hemijski inženjer Ankur Gupta sa Univerziteta Kolorado u Bolderu i njegovi saradnici unapredili su 2023. godine Tjuringovu teoriju dodavanjem još jednog mehanizma, poznatog kao difuzioforeza. Reč je o procesu u kome čestice koje se šire povlače druge čestice za sobom. Slično se dešava kada perete prljavu odeću. Dok deterdžent izlazi iz tkanine u vodu, sa sobom odvlači prljavštinu i nečistoće.

Kao test, Gupta je uzeo ljubičasto crni šestougaoni dezen ukrašene kovčežnice, jarko obojene ribe koja živi uz obale Australije. Otkrio je da difuzioforeza može da stvori šare sa oštrijim obrisima nego Tjuringov prvobitni model, ali su ti rezultati bili malo previše savršeni. Svi šestouglovi i dalje su imali istu veličinu i oblik i jednake razmake između sebe. U prirodi nijedna šara nije savršena. Crne pruge kod zebre, na primer, razlikuju se po debljini, a ni šestouglovi na kovčežnici nikada nisu potpuno ujednačeni. Zato su Gupta i njegovi saradnici odlučili da doteraju svoju teoriju o difuzioforezi.

„Nesavršenosti su svuda u prirodi”, rekao je Gupta u saopštenju. „Predložili smo jednostavnu ideju koja može da objasni kako se ćelije slažu i stvaraju ove varijacije.”

Kao loptice u cevi

U studiji objavljenoj danas u časopisu Matter, Gupta i istraživači opisuju kako su uspeli da oponašaju nesavršene šare i teksture. Kada su pojedinačnim ćelijama dodelili određene veličine i zatim modelovali kako se svaka od njih kreće kroz tkivo, simulacije su počele da stvaraju manje ujednačene šare.

To liči na kretanje loptica različitih veličina kroz cev. Veće, poput košarkaške ili kugle za kuglanje, stvaraju deblje obrise od loptica za golf ili stoni tenis. Isto važi i za ćelije, kada se krupnije ćelije grupišu, stvaraju šire šare. Ako se loptice u cevi sudare i zapuše je, neprekidna linija se prekida. Kada ćelije upadnu u sličnu gužvu, rezultat su prekidi u prugama.

„Ove nesavršenosti i teksture možemo da uhvatimo jednostavno tako što ćelijama damo veličinu”, objasnio je Gupta.

Nove simulacije pokazale su prekide i zrnaste teksture koje mnogo više liče na one iz prirode.

Zašto je ovo važno

Istraživači u budućnosti planiraju da uključe složenije interakcije između ćelija i hemijskih supstanci u pozadini, kako bi simulacije bile još preciznije.

Razumevanje načina na koji se ćelije koje stvaraju šare slažu moglo bi da pomogne inženjerima da razviju materijale koji menjaju boju u zavisnosti od okruženja, baš kao koža kameleona. Moglo bi da doprinese i efikasnijim načinima dopremanja leka do tačno određenog dela tela.

„Inspiraciju crpimo iz nesavršene lepote prirodnih sistema i nadamo se da ćemo te nesavršenosti u budućnosti iskoristiti za nove vrste primene”, zaključio je Gupta.

Izvor/ Saznaj više: popsci.com