В природе можно найти кажущееся бесконечным количество расцветок — от пятен на корове до полосок на рыбе-хирург, до пятен и полосок на гепарде.
Но Алан Тьюринг, известный нам как изобретатель компьютеров, думал, что на самом деле все эти расцветки не так уж и сильно различаются. Чтобы продемонстрировать свою идею, он придумал набор математических правил, с помощью которых можно получать всевозможные расцветки.
Правила эти звучат примерно вот так. В каждом теоретическом организме есть два вещества — активатор и ингибитор. Активатор ускоряет темпы производства обоих вещества, тогда как ингибитор — замедляет их.
Другими словами, их отношения похожи на хищников и добычу. Чем больше кроликов-активаторов, тем больше они сделают новых кроликов. Но бо́льшая популяция кроликов означает бо́льшую кормовую базу для лис-ингибиторов, что увеличивает число лис, что уменьшает число кроликов, что уменьшает число лис.
Вот только правила Тьюринга говорят, что с увеличением популяции хищников и добычи, растут и их ареалы обитания. Только лисам нужно больше места, так что их ареалы обитания увеличиваются быстрее. Вскоре лисы заполоняют окружающую местность, а в центре продолжают размножаться кролики.
Так что в конце-концов, мы получаем пятно активатора, окружённое ингибитором. И там, где активатора больше, он вызывает какие-то изменения, например, выработку пигмента, что в данном случае выливается в пятнышко цвета.
Красота теории Тьюринга в том, что меняя переменные, такие как скорость распространения веществ или общая площадь системы, можно получить самые разные расцветки. Например, если начать с пятнышка-активатора в море ингибитора, можно получить, собственно, пятнышки. А если система — эта узкая полоска, подобная змее или хвосту, можно получить на ней полоски. А если активатор распространяется быстрее, он может вытекать из пятен и соединяться с другими пятнами активатора, создавая расцветку типа лабиринт.
Более того, правила Тьюринга могут быть использованы для получения расцветок, сильно напоминающих пятна коров, полоски на рыбах, мозаику на жирафах и даже щупальца гидр. Но тот факт, что на бумаге его правила работали, не доказал, что сама природа им следует.
И сейчас, много десятилетий спустя, учёные всё ещё пытаются выяснить, создаются ли многие расцветки и структуры в природе настоящими активаторами и ингибиторами. С одной стороны, мы нашли расцветки, не следующие правилам Тьюринга вообще. Например, сегменты развивающейся фруктовой мушки заранее определены её генами.
С другой стороны, мы нашли системы, невероятно точно подчиняющиеся этим правилам. В развивающихся эмбрионах мышей белок «ёж соник» [SHH — sonic hedgehog] замедляет действие другого белка с менее крутым названием, создавая небольшие рёбрышки на нёбе мыши. А на их крошечных лапках три других белка ускоряют и замедляют рост ткани, чтобы создать небольшие полоски, известные нам как пальцы.
Но как бы хорошо или плохо теория Тьюринга не описывала разные объекты в природе, самое классное в ней то, что она вдохновила биологов на поиск новых доказательств или опровержений её в живых существах. Так что наблюдения дали начало теории, которая привела к новым наблюдениям, которые подводят нас немного ближе к ответу на вопрос, как же гепард получил свои пятна и полоски.
Переведено и озвучено сообществом вконтакте «Т. О Друзей» для познавательного проекта Виссен. «Минутка Земли» не так уж и часто выпускает свои видео, так что если у вас есть любимый познавательный канал, видео с которого вы хотели бы увидеть на русском, напишите его название в комментариях.
[Это транскрипт перевода ролика, оригинал которого можно посмотреть ниже:]
[Can Math Explain How Animals Get Their Patterns?]
Комментарии
Отправить комментарий