حوض سمك البتولا في سكريبس
قندس مزخرف في بيرش أكواريوم في سان دييغو، تساءل الباحثون في جامعة كولورادو بولدر عن كيفية حصول الذكور من هذا النوع على علامات سداسية حادة.
قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار حول الاكتشافات الرائعة والإنجازات العلمية والمزيد.
سي إن إن
—
لا تفتقر أسماك الصندوق المزخرفة ذات التصميم الرائع إلى التفاصيل عندما يتعلق الأمر بنقاطها السداسية وخطوطها الحادة، وهي علامات معقدة تعد من بين أكثر الأنواع حدة، كما اكتشف المهندسون في جامعة كولورادو بولدر. كيف جاءت هذه النظرة الفريدة؟
آلان تورينج، عالم رياضيات مشهور اخترع الكمبيوتر الحديث، اقترح منذ أكثر من 70 عامًا أن الحيوانات تحصل على أشكالها من خلال إنتاج عوامل كيميائية تنتشر في أنسجة الجلد، على غرار الطريقة التي تفعل بها الكريمات في القهوة. عندما تتلامس المواد الكيميائية مع عوامل أخرى، فإنها تمنع نشاطها، مما يؤدي إلى تكوين النمط. لكن نظرية تورينج لا تشرح كيفية تحديد الأنماط في أنواع مثل سمك السلور المزخرف.
قام فريق من المهندسين في جامعة كولورادو بولدر بالتحقيق في كيفية قيام آلية تسمى الرحلان الانتشاري بإنشاء أشكال حادة في دراسة منشورة حديثًا. الأربعاء في مجلة Science Advances. تصف عملية الرحلان الانتشاري حركة الجزيئات المعلقة في السائل تدرج التركيز تتسبب مادة كيميائية واحدة في تركيز الجزيئات الصغيرة، في هذه الحالة، على الكروماتوفور (الخلايا الصبغية)، وتجمعها معًا.
عندما قام العلماء بحساب معادلة تورينج وعدّلوها لتشمل هذه العملية، أظهرت عمليات المحاكاة التي قاموا بإنشائها أن مسار الجزيئات يشكل دائمًا خطوطًا عريضة حادة، على عكس النقاط الغامضة وغير المحددة التي تنتجها نظرية تورينج وحدها.
وقال المؤلف المشارك في الدراسة: “ما كنا مهتمين به حقا هو أنه إذا كان منتشرا، فلا ينبغي أن تكون الأنماط حادة … ولا ينبغي أن تكون الألوان ملحوظة للغاية”. أنكور غوبتا، أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيولوجية في جامعة كولورادو بولدر. “إذن، ما الذي يميز هذه الأنماط؟ وهنا يأتي دور الرحلان الانتشاري.
تشير النتائج التي توصل إليها المهندسون إلى أن العوامل الكيميائية تصاحب انتشار الكروماتوفور في عملية الرحلان الانتشاري، يتم سحبهم على طول طريقهم، وتشكيل نقاط وخطوط ذات مخطط حاد للغاية، وفقا لبيان صحفي على الدورة.
وقال غوبتا إنه يأمل أن تلهم النتائج المزيد من الأبحاث في مجال الرحلان الانتشاري المتعلق بتكوين الأجنة والأورام والتمويه، بالإضافة إلى العمليات البيولوجية في الكائنات الحية الأخرى.
وقال “إن فكرة شحذ الواجهات جيدة، وهي بالتأكيد مهمة للنشاط البيولوجي”. دكتور أندرو كروسأستاذ مساعد في الرياضيات التطبيقية بجامعة دورهام بالمملكة المتحدة درس نظرية تورينجفي البريد الإلكتروني.
“المفاهيم الرياضية مثل الانتشار غالبا ما تؤدي إلى واجهات “سلسة” أو مستمرة، في حين أن معظم الحدود في الأنسجة البيولوجية (على سبيل المثال، الحدود بين أعضائك) تكون صعبة نسبيا. … وهذه على الأقل طريقة واحدة ممكنة لشحذ مناطق التعبير الجيني “، قالت الدراسة. قال صليب غير ملتزم.
ظهرت فرضية تورينج لأول مرة في ورقة بحثية كتبها عام 1952 بعنوان “الأساس الكيميائي للتشكل”. جادلت نظريته بأن الأنماط الحيوانية ليست عشوائية، بل هي عملية تفاعل كيميائي وانتشار تنتج بشكل منهجي بقع على النمر أو خطوط على النمر. جامعة وارويك.
وقال إنه في حين أن عملية الانتشار هي تعديل مقترح لصقل نظرية تورينج بناءً على الأبحاث الحديثة، فقد تكون هناك حلول أخرى محتملة. جيريمي جرينأستاذ علم الأحياء التنموي في كلية كينغز لندن.
وقال جرين، الذي لم يشارك في الدراسة، في رسالة بالبريد الإلكتروني: “الخلايا لزجة للغاية ومن غير المرجح أن يتم تحريكها عن طريق الرحلان الانتشاري”. “إن تحريك الخلايا لشحذ شكل تورينج (أو في الواقع أي حدود) ليس فكرة جديدة، ويمكن أن يحدث من خلال آليات أخرى إلى جانب الانجذاب الكيميائي (الهجرة النشطة للخلايا).”
وقال جرين إنه يأمل أن تؤثر الدراسة على النمذجة والتجريب في المستقبل، ولكن لا تزال هناك ثغرات في نظرية تورينج. المحرر الأخضر المساعد أ استطلاع فبراير 2012 تم العثور على أدلة لدعم نظرية تورينج.
وقال جوبتا في رسالة بالبريد الإلكتروني: “لقد أخذنا في الاعتبار الاحتمالات الأخرى في ورقتنا واتفقنا على وجود عمليات مثل الانجذاب الكيميائي، أي هجرة الخلايا”. “لا نريد أن نقول إن عملية الرحلان الانتشاري هي الآلية الوحيدة، بل إنها موجودة ولا تحظى بالتقدير الكافي. إن تضمين عملية الرحلان الانتشاري يساعد على تحسين قوة مثل هذه التنبؤات.”
