Padrões animais complexos: um novo estudo poderia responder a esta questão

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O boxfish com padrões impressionantes não carece de detalhes quando se trata de suas manchas hexagonais e linhas nítidas – as marcações complexas são tão nítidas na espécie que até mesmo seus engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder ficaram perplexos. Sobre como obter aquela aparência distinta.

Alan Turing, famoso matemático Ele inventou a computação moderna, propôs há mais de 70 anos que os animais obtinham seus padrões através da produção de agentes químicos que se difundiriam através do tecido da pele, semelhante ao que acontece com o creme de leite no café. Os produtos químicos reagirão enquanto outros fatores inibem a sua atividade, criando o padrão. Mas a teoria de Turing não explicava como os padrões permaneceriam específicos em espécies como o peixe-caixa ornamentado.

Uma equipe de engenheiros da Universidade do Colorado em Boulder descobriu como um mecanismo chamado fotoforese de difusão pode criar padrões nítidos em um novo estudo publicado Quarta-feira em Avanços da Ciência. O processo de eletroforese de difusão descreve o movimento de moléculas suspensas em um líquido em resposta a um Gradiente de concentração de um produto químico separado, fazendo com que pequenas moléculas, neste caso cromatóforos (células pigmentares), se concentrem e se aglomerem.

Quando os cientistas calcularam a equação de Turing, modificada para incluir este processo, as simulações que criaram mostraram que o percurso das partículas criava sempre linhas largas, ao contrário dos pontos vagos e indeterminados que a teoria de Turing por si só criaria.

“O que nos intrigou foi que, se for generalizado, os padrões não deveriam ser tão nítidos… e as cores não deveriam ser tão marcantes”, disse o coautor do estudo. Ankur Gupta, professor assistente de engenharia química e biológica na Universidade do Colorado Boulder. “Então, o que dá a esses padrões uma nitidez tão incrível? É aí que entra a eletroforese de difusão.”

As descobertas dos engenheiros sugerem que, à medida que os agentes químicos se espalham, os cromatóforos se formam Eles também são puxados ao longo de seu caminho no processo de eletroforese de difusão, criando pontos e linhas com contorno mais claramente definido. De acordo com um comunicado de imprensa Em estudar.

Gupta disse que espera que as descobertas promovam mais pesquisas sobre a forese de difusão em relação à embriogênese e tumorigênese, bem como à morfogênese e aos processos biológicos de outras espécies.

“A ideia de aprimorar as interfaces é uma boa ideia e certamente é importante para a função biológica”, disse ele. Dr.Professor Assistente de Matemática Aplicada na Universidade de Durham, no Reino Unido Estude a teoria de Turingem um e-mail.

“Ideias matemáticas como a difusão muitas vezes levam a interfaces ‘suaves’ ou contínuas, enquanto a maioria dos limites nos tecidos biológicos (por exemplo, como os limites entre os seus órgãos) são relativamente rígidos”, disse Kraus, que não esteve envolvido no estudo. pelo menos uma maneira possível de aprimorar as regiões de expressão genética”.

A hipótese de Turing apareceu pela primeira vez em 1952 em um artigo que ele escreveu intitulado “The Chemical Basis of Morphogenesis”. Sua teoria argumentava que os padrões animais não eram aleatórios, mas sim um processo de reação química e difusão que levava sistematicamente ao aparecimento de manchas no leopardo ou listras no leopardo, segundo Universidade de Warwick.

Embora o processo de difusão seja uma modificação proposta para refinar a teoria de Turing com base no estudo recente, outras soluções podem ser possíveis, disse ele. Jeremy Verdeprofessor de biologia do desenvolvimento no King’s College London.

“As células são muito pegajosas e dificilmente se moverão por eletroforese de difusão”, disse Green, que não esteve envolvido no estudo, por e-mail. “O movimento das células para definir um padrão de Turing (ou mesmo qualquer limite) não é uma ideia nova e pode ocorrer não apenas por quimiotaxia (migração celular ativa), mas também por outros mecanismos.”

Green disse acreditar que o estudo provavelmente influenciará a modelagem e a experimentação futuras, mas ainda existem lacunas na teoria de Turing que ainda precisam ser exploradas. Green é coautor de A Estudo de fevereiro de 2012 Que encontrou evidências para apoiar a teoria de Turing no que diz respeito aos inchaços no palato do rato.

“Consideramos outras possibilidades em nossa pesquisa e reconhecemos a existência de processos como a quimiotaxia, ou seja, a migração celular”, disse Gupta por e-mail. “Não pretendemos afirmar que a fotoforese por difusão é o único mecanismo, mas sim que ela existe e não foi devidamente apreciada. Incluir a difusão ajuda a melhorar a robustez de tais previsões.”