Pola hewan yang kompleks: Sebuah studi baru dapat menjawab pertanyaan ini

Mendaftarlah untuk buletin sains Wonder Theory CNN. Jelajahi alam semesta dengan berita tentang penemuan menarik, kemajuan ilmiah, dan banyak lagi.

CNN
—

Ikan boxfish yang bermotif mencolok ini tidak kekurangan detail dalam hal bintik-bintik heksagonal dan garis-garis tajamnya — tanda-tanda rumit pada spesies ini sangat tajam sehingga bahkan para insinyur di University of Colorado Boulder pun bingung. Tentang cara mendapatkan tampilan khas itu.

Alan Turing, ahli matematika terkenal Dia menemukan komputasi modern, mengusulkan lebih dari 70 tahun yang lalu bahwa hewan mendapatkan polanya dengan memproduksi bahan kimia yang akan berdifusi melalui jaringan kulit, serupa dengan cara pembuatan krim pada kopi. Bahan kimia akan bereaksi sementara faktor lain menghambat aktivitasnya sehingga menciptakan pola. Namun teori Turing tidak menjelaskan bagaimana pola akan tetap spesifik pada spesies seperti ikan boxfish yang berornamen.

Sebuah tim insinyur di Universitas Colorado Boulder telah menemukan bagaimana mekanisme yang disebut fotoforesis difusi dapat menciptakan pola tajam dalam sebuah studi baru yang diterbitkan Rabu di Kemajuan Sains. Proses elektroforesis difusi menggambarkan pergerakan molekul yang tersuspensi dalam cairan sebagai respons terhadap a Gradien konsentrasi dari bahan kimia terpisah, menyebabkan molekul kecil, dalam hal ini kromatofor (sel pigmen), terkonsentrasi dan menggumpal.

Ketika para ilmuwan menghitung persamaan Turing, yang dimodifikasi untuk memasukkan proses ini, simulasi yang mereka buat menunjukkan bahwa jalur partikel selalu menciptakan garis lebar, tidak seperti titik samar dan tak tentu yang hanya dihasilkan oleh teori Turing.

“Hal yang membuat kami penasaran adalah jika virus ini tersebar luas, polanya tidak akan terlalu tajam…dan warnanya tidak akan terlalu mencolok,” kata rekan penulis studi tersebut. Ankur Gupta, asisten profesor teknik kimia dan biologi di Universitas Colorado Boulder. “Jadi, apa yang membuat pola-pola ini begitu tajam? Di situlah peran elektroforesis difusi.”

Temuan para insinyur menunjukkan bahwa ketika bahan kimia menyebar, kromatofor terbentuk Mereka juga ditarik sepanjang jalurnya dalam proses elektroforesis difusi, menciptakan titik dan garis dengan garis yang lebih jelas. Menurut siaran pers Sedang belajar.

Gupta berharap temuan ini akan mendorong penelitian lebih lanjut tentang foresis difusi dalam kaitannya dengan embriogenesis dan tumorigenesis serta morfogenesis dan proses biologis spesies lain.

“Ide mempertajam antarmuka adalah ide yang bagus, dan tentunya penting untuk fungsi biologis,” ujarnya. Dr.Andrew KrauseAsisten Profesor Matematika Terapan di Universitas Durham di Inggris Pelajari teori Turingdalam email.

“Ide matematika seperti difusi sering kali mengarah pada antarmuka yang ‘halus’ atau berkelanjutan, sedangkan sebagian besar batas dalam jaringan biologis (misalnya, seperti batas antar organ) relatif kaku,” kata Kraus, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. setidaknya satu cara yang mungkin untuk mempertajam wilayah ekspresi gen.”

Hipotesis Turing pertama kali muncul pada tahun 1952 dalam makalah yang ditulisnya berjudul “The Chemical Basis of Morphogenesis.” Teorinya berpendapat bahwa pola hewan tidak acak, melainkan suatu proses reaksi kimia dan difusi yang secara sistematis menyebabkan munculnya bintik-bintik pada macan tutul atau garis-garis pada macan tutul, menurutnya. Universitas Warwick.

Meskipun proses difusi merupakan usulan modifikasi untuk menyempurnakan teori Turing berdasarkan penelitian terbaru, solusi lain mungkin bisa dilakukan, katanya. Jeremy Hijauprofesor biologi perkembangan di King’s College London.

“Sel-selnya sangat lengket dan tidak mungkin bergerak melalui elektroforesis difusi,” kata Green, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, melalui email. “Pergerakan sel untuk mempertajam pola Turing (atau batasan apa pun) bukanlah ide baru, dan dapat terjadi tidak hanya melalui kemotaksis (migrasi sel aktif) tetapi juga melalui mekanisme lain.”

Green mengatakan ia yakin penelitian ini kemungkinan akan mempengaruhi pemodelan dan eksperimen di masa depan, namun masih ada lubang dalam teori Turing yang belum dieksplorasi. Hijau ikut menulis A Studi Februari 2012 Yang menemukan bukti yang mendukung teori Turing tentang benjolan di langit-langit mulut tikus.

“Kami mempertimbangkan kemungkinan lain dalam penelitian kami dan mengakui adanya proses seperti kemotaksis, yaitu migrasi sel,” kata Gupta melalui email. “Kami tidak bermaksud mengklaim bahwa fotoforesis difusi adalah satu-satunya mekanisme, namun mekanisme tersebut ada dan belum diapresiasi dengan baik. Memasukkan difusi membantu meningkatkan kekuatan prediksi tersebut.”