Modèles animaux complexes : une nouvelle étude pourrait répondre à cette question

Inscrivez-vous à la newsletter scientifique Wonder Theory de CNN. Explorez l’univers avec des nouvelles de découvertes fascinantes, d’avancées scientifiques et bien plus encore.

CNN
—

Le poisson-coffre aux motifs saisissants ne manque pas de détails en ce qui concerne ses taches hexagonales et ses lignes nettes – les marques complexes sont si nettes chez l’espèce que même ses ingénieurs de l’Université du Colorado à Boulder ont été mystifiés. Comment obtenir ce look distinctif.

Alan Turing, le célèbre mathématicien qui a inventé l’informatique moderne, a proposé il y a plus de 70 ans que les animaux obtenaient leurs modèles en produisant des agents chimiques qui se propageraient à travers les tissus cutanés, de la même manière que la crème à café se propage. Les produits chimiques réagiront tandis que d’autres facteurs inhiberont leur activité, créant ainsi le modèle. Mais la théorie de Turing n’expliquait pas comment les modèles resteraient spécifiques chez des espèces comme le poisson-coffre orné.

Une équipe d’ingénieurs de l’Université du Colorado à Boulder a découvert comment un mécanisme appelé photophorèse de diffusion peut créer des motifs nets dans une nouvelle étude publiée. Mercredi dans les avancées scientifiques. Le processus d’électrophorèse par diffusion décrit le mouvement des molécules en suspension dans un liquide en réponse à un Le gradient de concentration d’un produit chimique distinct, provoquant la concentration et l’agglomération de petites molécules, dans ce cas des chromatophores (cellules pigmentaires).

Lorsque les scientifiques ont calculé l’équation de Turing, modifiée pour inclure ce processus, les simulations qu’ils ont créées ont montré que le chemin des particules créait toujours de larges lignes, contrairement aux points vagues et indéterminés que la théorie de Turing seule créerait.

« Ce qui nous a intrigués, c’est que si c’est répandu, les motifs ne devraient pas être si nets… et les couleurs ne devraient pas être si frappantes », a déclaré le co-auteur de l’étude. Ankur Gupta, professeur adjoint de génie chimique et biologique à l’Université du Colorado à Boulder. « Alors, qu’est-ce qui donne à ces motifs une telle netteté étonnante ? C’est là qu’intervient l’électrophorèse par diffusion. »

Les découvertes des ingénieurs suggèrent qu’à mesure que les agents chimiques se propagent, des chromatophores se forment Ils sont également entraînés sur leur chemin lors du processus d’électrophorèse par diffusion, créant des points et des lignes au contour plus clairement défini. Selon un communiqué de presse En étudiant.

Gupta a déclaré qu’il espère que les résultats favoriseront la poursuite des recherches sur la phorèse de diffusion en relation avec l’embryogenèse et la tumorigenèse ainsi que la morphogenèse et les processus biologiques d’autres espèces.

« L’idée d’affiner les interfaces est une bonne idée, et c’est certainement important pour la fonction biologique », a-t-il déclaré. Dr Andrew Krauseprofesseur adjoint de mathématiques appliquées à l’université de Durham au Royaume-Uni Étudier la théorie de Turingdans un e-mail.

« Les idées mathématiques comme la diffusion conduisent souvent à des interfaces » douces « ou continues, alors que la plupart des frontières dans les tissus biologiques (par exemple, comme les frontières entre vos organes) sont relativement rigides », a déclaré Kraus, qui n’a pas participé à l’étude. au moins une manière possible d’affiner les régions d’expression génique.

L’hypothèse de Turing est apparue pour la première fois en 1952 dans un article qu’il a écrit intitulé « Les bases chimiques de la morphogenèse ». Sa théorie soutenait que les motifs animaux n’étaient pas aléatoires, mais plutôt un processus de réaction chimique et de diffusion qui conduisait systématiquement à l’apparition de taches sur le léopard ou de rayures sur le léopard, selon Université de Warwick.

Bien que le processus de diffusion soit une modification proposée pour affiner la théorie de Turing sur la base de l’étude récente, d’autres solutions pourraient être possibles, a-t-il déclaré. Jérémy Greenprofesseur de biologie du développement au King’s College de Londres.

« Les cellules sont très collantes et il est peu probable qu’elles se déplacent par électrophorèse par diffusion », a déclaré Green, qui n’a pas participé à l’étude, dans un e-mail. « Le mouvement des cellules pour affiner un motif de Turing (ou même n’importe quelle frontière) n’est pas une idée nouvelle et peut se produire non seulement par chimiotaxie (migration cellulaire active), mais également par d’autres mécanismes. »

Green a déclaré qu’il pensait que l’étude est susceptible d’influencer la modélisation et l’expérimentation futures, mais il reste encore des lacunes dans la théorie de Turing qui doivent encore être explorées. Green co-écrit A Etude de février 2012 Ce qui a trouvé des preuves à l’appui de la théorie de Turing en ce qui concerne les bosses sur le palais de la souris.

« Nous avons envisagé d’autres possibilités dans nos recherches et reconnu l’existence de processus tels que la chimiotaxie, c’est-à-dire la migration cellulaire », a déclaré Gupta dans un e-mail. « Nous n’avons pas l’intention de prétendre que la photophorèse de diffusion est le seul mécanisme, mais plutôt qu’elle existe et n’a pas été correctement appréciée. L’inclusion de la diffusion contribue à améliorer la robustesse de telles prédictions. »