Patrones animales complejos: un nuevo estudio podría responder a esta pregunta

Acuario Birch en Scripps

El ornamentado pez cofre del Acuario Birch de San Diego llevó a investigadores de la Universidad de Colorado Boulder a preguntarse cómo los machos de esta especie obtienen sus marcadas marcas hexagonales.

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Al pez cofre con un patrón sorprendente no le faltan detalles cuando se trata de sus puntos hexagonales y líneas nítidas: las complejas marcas son tan nítidas en la especie que incluso sus ingenieros de la Universidad de Colorado Boulder quedaron desconcertados. Sobre cómo conseguir ese aspecto distintivo.

Alan Turing, famoso matemático Inventó la informática moderna., propuso hace más de 70 años que los animales obtenían sus patrones produciendo agentes químicos que se difundirían a través del tejido de la piel, de forma similar a como lo hace la crema en el café. Los químicos reaccionarán mientras otros factores inhiben su actividad, creando el patrón. Pero la teoría de Turing no explicaba cómo los patrones seguirían siendo específicos en especies como el ornamentado pez cofre.

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Colorado Boulder ha descubierto cómo un mecanismo llamado fotoforesis por difusión puede crear patrones nítidos en un nuevo estudio publicado Miércoles en avances científicos. El proceso de electroforesis por difusión describe el movimiento de moléculas suspendidas en un líquido en respuesta a una Gradiente de concentración de una sustancia química separada, lo que hace que las moléculas pequeñas, en este caso los cromatóforos (células pigmentarias), se concentren y se aglutinen.

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Cuando los científicos calcularon la ecuación de Turing, modificada para incluir este proceso, las simulaciones que crearon mostraron que la trayectoria de las partículas siempre creaba líneas anchas, a diferencia de los puntos vagos e indeterminados que crearía la teoría de Turing por sí sola.

“Lo que nos intrigó fue que si está muy extendido, los patrones no deberían ser tan nítidos… y los colores no deberían ser tan llamativos”, dijo el coautor del estudio. Ankur Gupta, profesor asistente de ingeniería química y biológica en la Universidad de Colorado Boulder. “Entonces, ¿qué da a estos patrones una nitidez tan sorprendente? Ahí es donde entra en juego la electroforesis por difusión”.

Los hallazgos de los ingenieros sugieren que a medida que los agentes químicos se propagan, se forman cromatóforos. También son arrastrados a lo largo de su trayectoria en el proceso de electroforesis por difusión, creando puntos y líneas con un contorno más claramente definido. Según un comunicado de prensa Sobre estudiar.

Gupta dijo que espera que los hallazgos promuevan más investigaciones sobre la foresis por difusión en relación con la embriogénesis y la tumorigénesis, así como con la morfogénesis y los procesos biológicos de otras especies.

“La idea de afinar las interfaces es una buena idea y ciertamente es importante para la función biológica”, dijo. Dr. Andrés KrauseProfesor asistente de Matemáticas Aplicadas en la Universidad de Durham en el Reino Unido Estudiar la teoría de Turingen un correo electrónico.

“Las ideas matemáticas como la difusión a menudo conducen a interfaces ‘suaves’ o continuas, mientras que la mayoría de los límites en los tejidos biológicos (por ejemplo, como los límites entre los órganos) son relativamente rígidos”, dijo Kraus, que no participó en el estudio. al menos una forma posible de agudizar las regiones de expresión genética”.

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La hipótesis de Turing apareció por primera vez en 1952 en un artículo que escribió titulado “La base química de la morfogénesis”. Su teoría sostenía que los patrones animales no eran aleatorios, sino más bien un proceso de reacción química y difusión que conducía sistemáticamente a la aparición de manchas en el leopardo o rayas en el leopardo, según Universidad de Warwick.

Si bien el proceso de difusión es una modificación propuesta para refinar la teoría de Turing basada en el estudio reciente, otras soluciones pueden ser posibles, dijo. jeremy verdeprofesor de biología del desarrollo en el King’s College de Londres.

“Las células son muy pegajosas y es poco probable que se muevan mediante electroforesis por difusión”, dijo Green, que no participó en el estudio, en un correo electrónico. “El movimiento de las células para agudizar un patrón de Turing (o incluso cualquier límite) no es una idea nueva, y puede ocurrir no sólo por quimiotaxis (migración celular activa) sino también por otros mecanismos”.

Green dijo que cree que es probable que el estudio influya en el modelado y la experimentación futuros, pero todavía hay agujeros en la teoría de Turing que aún no se han explorado. Green es coautor de A Estudio de febrero de 2012. Lo cual encontró evidencia que respalda la teoría de Turing en lo que respecta a los bultos en el paladar del ratón.

“Consideramos otras posibilidades en nuestra investigación y reconocimos la existencia de procesos como la quimiotaxis, es decir, la migración celular”, dijo Gupta en un correo electrónico. “No pretendemos afirmar que la fotoforesis por difusión sea el único mecanismo, sino que existe y no se ha apreciado adecuadamente. Incluir la difusión ayuda a mejorar la solidez de tales predicciones”.

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