De ce au Zebrafish Stripes? Un model de matematică explică modelul

Stripele sunt comune în viața noastră. Este un model destul de bază și ușor de luat de la sine înțeles.

Ca un matematician aplicat, care studiază modul în care se formează modelele în natură, sunt uimit de modelele dungate pe care zebrafirul le poartă pe corp și pe aripioare.

Uitați-vă mai atent la dungile negre și aurii de pe zebră și veți vedea celule de pigment de diferite culori, zeci de mii dintre ele. Îmi place să vă imaginați aceste celule ca oameni care se plimbați într-o cameră aglomerată: La fel ca noi, celulele se mișcă și interacționează cu vecinii lor. Stripurile apar deoarece celulele se instruiesc foarte atent și se semnalează reciproc cu privire la modul de comportare. Ei chiar "scuture mâinile" într-un anumit sens, ajungând spre celulele îndepărtate.

Din perspectivă matematică, dungile zebrafish intră în câmpul de autoorganizare, un fenomen în care indivizii interacționează pentru a produce un model mult mai mare decât orice persoană, fără o direcție exterioară. Păsările de pește și peștii școlari sunt, de asemenea, exemple de auto-organizare în natură. Nimeni nu se află într-un megafon care emite indicații de orientare, astfel încât păsările din turmă sau celulele pigmentare să producă dungi de pește, totuși, remarcabil, ambii se organizează pentru a crea modele.

Vezi deasemenea: Oamenii de știință încrucișă o explicație concurentă pentru ce Zebras au Stripes

Până de curând, comunitatea de cercetare credea că numai două tipuri de celule au fost implicate în dungi zebrafish: dungi negre și aurii, atât de celule negre și aurii. Cu toate acestea, experimentele au arătat că un al treilea tip de celulă de pigment - iridoforii albastri și argintari - este esențial pentru formarea modelului. Îndepărtați-o de pe piele și zebrafile au pete!

Deci cum funcționează mii de celule colorate diferite pe o zebră în creștere, pentru a forma dungi în mod consistent? Pentru a răspunde la această întrebare, am dezvoltat un model matematic în colaborare cu profesorul matematic aplicat Bjorn Sandstede. În modelul nostru, celulele pigmentare sunt puncte colorate conform regulilor și ecuațiilor prescrise pentru modul în care se mișcă, interacționează și își schimbă culoarea. Celulele cu culori diferite se comportă în moduri diferite. Există o mulțime de întrebări despre zebrafish, deci am decis să ne concentrăm pe nou-veniți la scena: acele celule albastre și de argint plictisitoare.

Matematica oferă o perspectivă diferită față de experimentele biologice tipice peștilor. Biologii pot urmări modul în care se comportă celulele, dar este mai greu să deducem semnalele din spatele comportamentului lor. Folosind modele matematice, putem testa o mulțime de diferite interacțiuni posibile de celule și sugerăm care dintre ele sunt de fapt capabile să explice comportamentele pe care biologii le observă. Biologii pot testa apoi predicțiile noastre despre peștii reali.

Modelul nostru sugerează că există mai multe semnale la locul de muncă care instruiesc celulele de argint și albastru pe pielea de pește. Toate aceste semnale sunt redundante. Câteva indicii sunt toate instrucțiunile pe care o celulă poate avea nevoie într-o lume perfectă, dar lumea nu este perfectă. De exemplu, credem că celulele negre din apropiere semnalează iridoforii pentru a-și schimba densitatea și culoarea. Dar dacă nu există celule negre care să transmită acest semnal, celulele de aur îndepărtate pot completa și pot furniza aceleași instrucțiuni.

A se vedea, de asemenea: Primul videoclip al unui sex de pescar de mare adâncime face ca aspectul misionar să devină strălucitor

Vă puteți gândi la aceste semnale redundante, cum ar fi o grămadă de ceasuri de alarmă diferite. Dacă aveți o întâlnire importantă dimineața, puteți seta un ceas deșteptător, puteți pune o notificare pe telefonul dvs. și puteți solicita un apel de trezire. Toate aceste concedieri înseamnă că probabil veți obține o grămadă de repere pentru a vă trezi. Dar, din cauza șansei ca telefonul dvs. să moară sau recepția să uite să sune, înseamnă că totuși veți ajunge la întâlnirea la timp. Redundanța asigură rezultatul dorit, chiar dacă un semnal nu reușește.

Aceeași idee poate fi la locul de muncă în zebrafish. Modelul nostru sugerează că celulele colorate diferite se instruiesc în mod constant reciproc. Acest lucru asigură că iridoforii albastru și argintiu sunt împinși cu direcții din toate părțile cu privire la modul de comportare. Deoarece există mai multe semnale, eșecurile ocazionale nu întrerup modele prea mult. Rezultatul: dungi de încredere.

De ce este important acest lucru? Genele Zebrafish sunt surprinzător de similare cu genele umane. Prin intelegerea modului in interactiunea celulelor pigmentare in zebrafish normal si mutat, cercetatorii pot fi capabili sa inceapa sa lega gene de functia lor.

Povestea despre modul în care se formează modelele de zebrafish nu este încă terminată. Deocamdată, însă, data viitoare când vedeți un pește dungat, luați în considerare o pauză pentru a recunoaște toate celulele pigmentului de lucru introduse în crearea acestui tipar. Aceste dungi fiabile sunt destul de uimitoare.

Acest articol a fost publicat inițial în The Conversation de Alexandria Volkening. Citiți articolul original aici.