Miért van a zebrafia csík? Egy matematikai modell magyarázza a mintát

$config[ads_kvadrat] not found

Обзор Pz. IV H - немецкий средний танк, модель RFM 1:35, Panzer 4 H tank model review Rye Field 1/35

Обзор Pz. IV H - немецкий средний танк, модель RFM 1:35, Panzer 4 H tank model review Rye Field 1/35
Anonim

A csíkok életünkben gyakoriak. Ez elég alapmintázat, és magától értetődő.

Mint alkalmazott matematikus, aki tanulmányozza, hogy a minták miként formálódnak a természetben, a csíkos mintázatok által viseltem a zebrafit a testén és az uszonyokon.

Nézzétek meg közelebbről a zebrafia fekete és arany csíkjait, és különböző színű pigmentsejteket fognak látni, közülük több tízezer. Szeretném elképzelni ezeket a sejteket, mint a zsúfolt szobában járó emberek: mint a miénk, a sejtek mozognak és kölcsönhatásba lépnek a szomszédaikkal. A csíkok azért jelennek meg, mert a sejtek nagyon óvatosan utasítják és jelzik egymást, hogyan viselkedjenek. Még valamilyen értelemben „kezet” a távoli sejtek felé.

Matematikai szempontból a zebbriai csíkok az önszerveződés területébe tartoznak, amely jelenség, amelyben az egyének kölcsönhatásba lépnek, hogy valamilyen mintázatot nyújtsanak sokkal nagyobbnak, mint bármelyik személy, külső irány nélkül. A madárállományok és az iskolai halak is példák a természet önszerveződésére. Senki sincs olyan megafonon, aki olyan irányokat hív ki, hogy a madarak vagy pigmentsejtek halcsíkokat termeljenek, mégis figyelemre méltóan, mindketten szerveznek mintákat.

Lásd még: A tudósok kereszthetnek egy versenytárs magyarázatot, miért van a zebrák csíkokkal

Egészen a közelmúltig a kutatóközösség szerint csak két fajta sejtet vettek részt a zebbrájú csíkokban: fekete és arany csíkok, így fekete és aranysejtek. A kísérletek azonban azt mutatták, hogy a pigmentsejtek harmadik típusa - kék és ezüst iridoforok - kritikus a minta kialakulásához. Távolítsa el a bőrt, és a zebrafis foltok!

Szóval, hogy a növekvő zebbránból több ezer különböző színű sejt működik együtt, hogy következetesen csíkokat alkosson? A kérdés megválaszolásához matematikai modellt dolgoztam ki az alkalmazott matematikai professzorral, Bjorn Sandstede-vel. Modellünkben a pigmentsejtek az előírt szabályok és egyenletek alapján színes pontok, hogy hogyan mozognak, kölcsönhatásba lépnek és megváltoztatják a színüket. A különböző színű cellák különböző módon viselkednek. Rengeteg kérdés merül fel a zebrafiával kapcsolatban, ezért úgy döntöttünk, hogy az újdonságokra koncentrálunk: a bosszantó kék és ezüst sejtek.

A matematika más nézőpontot kínál a halak tipikus biológiai kísérleteitől. A biológusok megnézhetik, hogyan viselkednek a sejtek, de a trükkök a magatartásuk mögött rejlő jeleket megnehezítik. Matematikai modellek segítségével sok különböző lehetséges sejt kölcsönhatást tesztelhetünk, és azt javasolhatjuk, hogy mely tényezők képesek megmagyarázni a biológusok viselkedését. A biológusok ezután tesztelhetik a valódi halakra vonatkozó előrejelzéseinket.

Modellünk azt sugallja, hogy a munkahelyen több jel van, amelyek az ezüst és a kék sejteket a hal bőrén tanítják. Mindezek a jelek feleslegesek. Néhány cue mindaz, amit egy sejtnek szüksége lehet egy tökéletes világban, de a világ nem tökéletes. Például úgy gondoljuk, hogy a közeli fekete sejtek jelzik az iridoforokat, hogy megváltoztassák sűrűségüket és színüket. De ha nincs olyan fekete sejt, amely továbbítja ezt a jelet, a távoli aranysejtek kitölthetik és megadhatják ugyanazokat az utasításokat.

Lásd még: Deep-Sea Anglerfish Sex első videója misszionárius pillantást vet

Ezekre a redundáns jelekre gondolhatsz, mint egy csomó különböző ébresztőóra. Ha van egy fontos találkozón reggel, beállíthat egy ébresztőórát, értesítést küldhet a telefonjára, és ébresztést kérhet. Ez a redundancia azt jelenti, hogy valószínűleg egy csomó cue-ot kapsz, hogy felébredjen. De az a véletlen esélye, hogy a telefonja meghal, vagy a recepció elfelejti hívni, ez azt is jelenti, hogy még mindig időben találkozik a találkozójával. A redundancia biztosítja a kívánt eredményt, még akkor is, ha egy jel meghibásodik.

Ugyanez az elképzelés lehet a zebrafiában is. Modellünk azt sugallja, hogy a különböző színű sejtek folyamatosan tanítják egymást. Ez biztosítja, hogy a kék és ezüst iridoforok minden oldalról irányban legyenek, hogyan viselkedjen. Mivel több jel van, az alkalmi hibák nem zavarják a mintákat túlságosan. Az eredmény: megbízható csíkok.

Ez miért fontos? A zebrafis gének meglepően hasonlítanak az emberi génekhez. Ha megértjük, hogy a pigmentsejtek hogyan hatnak a normál és a mutált zebrafishoz, a kutatók képesek lehetnek a gének összekapcsolására a funkciójukkal.

A történet arról, hogy a zebbriai minták még nem fejeződnek be. Mostanában azonban, ha legközelebb egy csíkos halat lát, fontolja meg egy pillanat felfüggesztését, hogy felismerje az összes, a minta létrehozásához használt pigment sejtet. Azok a megbízható csíkok meglepőek.

Ezt a cikket eredetileg Alexandria Volkening The Conversation című kiadványában tették közzé. Olvassa el az eredeti cikket itt.

$config[ads_kvadrat] not found