Почему у животных на шерсти проявляются пятна и полосы?
Мех и чешуя царства животных полны всяческих расцветок и узоров, но как именно животные получают свои пятна и полоски? Ученые долго бились над этим вопросом, но, возможно, одна группа специалистов подобралась к ответу ближе. Портал popsci.com рассказал, как им это удалось.
В 1952 году британский математик Алан Тьюринг выдвинул гипотезу, что, по мере своего развития, органические ткани генерируют химические вещества, которые перемещаются примерно так же, как белое молоко в черном кофе. По предположению Тьюринга, некоторые из этих химикатов активируют пигмент-производящие клетки, что создает пятна. Другие вещества останавливают активность этих клеток, что создает пустоты между пятнами.
Однако компьютерные симуляции, построенные на идее Тьюринга, создавали более размытые пятна, чем встречаются в природе. В 2023 году химический инженер Анкур Гупта попытался усовершенствовать теорию, добавив еще один механизм — диффузиофорез, в ходе которого рассеиваемые частицы тянут за собой другие частицы. Что-то похожее происходит при стирке грязной одежды: чистящее средство выходит из ткани в воду, вытягивая за собой частицы грязи.
Для того, чтобы проверить гипотезу, Гупта обратился к черно-фиолетовому гексагональному узору австралийской рыбы вида Aracana ornata. Он обнаружил, что диффузиофорез способен генерировать рисунки с более четкими линиями, чем оригинальная модель Тюринга, но результаты получались слишком уж идеальными. Все шестигранники обладали одинаковым размером и формой, а также идентичными пробелами. В дикой природе такого не бывает: толщина черных полос у тех же зебр варьируется.
Научная работа, опубликованная Гупта и его командой в журнале Matter, объяснила, почему паттерны были идеальными и как их можно сделать неидеальными. После того, как ученые придали индивидуальным клеткам четко заданные размеры и смоделировали их движение по тканям, симуляции начали выдавать менее однообразные рисунки.
Представьте, что шарики разных размеров двигаются через трубку. Шары побольше, вроде баскетбольного мяча или шара для боулинга, создадут более толстые контуры, чем мячи для гольфа или шарики для пинг-понга. То же самое и с клетками: скопление крупных клеток создает более широкий узор, а пробелы появляются в результате их остановки.
Понимание того, как подобные клетки складываются в узоры, может помочь инженерам разработать материалы, способные менять расцветку в зависимости от окружения так же, как кожа хамелеона. Помимо этого, исследования могут открыть новые способы доставки медикаментов в специфические части тела.