Это как белье постирать: ученые поняли, откуда у животных на шкуре пятна

У природы нет недостатка в многообразии узоров на животных и растениях. Теперь извечный вопрос о том, как развивались эти закономерности, возможно, наконец-то решен.

В 1952 году, еще до того, как биологи открыли структуру двойной спирали ДНК, математик Алан Тьюринг предложил смелую теорию о том, как животные получили свои узоры. По его предположению, ткани по мере своего развития производят химические агенты, которые смешиваются (а точнее, диффундируют) через ткани, подобно добавлению молока в кофе. Некоторые агенты «работают» друг с другом, образуя пятна, другие тормозят распространение и реакцию возбудителей, и в окраске появляются пространства другого цвета.

Теория Тьюринга предполагала, что вместо сложных генетических процессов этой простой модели реакции-диффузии может быть достаточно для объяснения основ формирования биологических закономерностей.

Взяв теорию Тьюринга за основу, команда исследователей из Университета Колорадо в Боулдере согласилась с тем, что такой механизм может создавать закономерности, но в то же время обратила внимание на то, что диффузия не дает четких закономерностей. Например, как объяснили авторы в статье, опубликованной в журнале Science Advances, когда молоко распространяется в кофе, оно течет во всех направлениях с нечетким контуром. Соответственно, теория Тьюринга не объясняет четкости пятен животного происхождения.

Тогда исследователи задумались: а что, если все дело в диффузиофорезе? То есть, в процессе, в котором молекула, двигающаяся через жидкость, в ответ на изменения (например, на разницу в концентрациях) ускоряет движение других типов молекул в той же среде. Этот процесс, к примеру, помогает отстирать белье. И он, как выяснили ученые, всегда следует четкой траектории и порождает узоры с резкими очертаниями.

Одержимые этой идеей, ученые смоделировали на компьютере пурпурно-черный шестиугольный узор, используя только уравнения Тьюринга. И получили размытые фиолетовые точки со слабым черным контуром. После этого они изменили уравнения, включив в них диффузиофорез. Результат стал куда четче, а ученые поняли, что все недооценивали диффузиофорез, пытаясь разгадать загадку пятен на леопарде и других животных.

Мы же предлагаем вам разгадать другую загадку и попробовать найти леопарда на снимке — с этой задачей справятся только самые внимательные.