Zakaj imajo Zebrafish Stripes? Matematični model razloži vzorec

$config[ads_kvadrat] not found

MP7A2 = СМЕРТОНОСНЫЙ ЗАЖИМ | Лучшие моменты Тарков | Best momets Escape From Tarkov

MP7A2 = СМЕРТОНОСНЫЙ ЗАЖИМ | Лучшие моменты Тарков | Best momets Escape From Tarkov
Anonim

Stripes so pogosti v našem življenju. To je precej osnovni vzorec in ga je enostavno sprejeti za samoumevno.

Kot uporaben matematik, ki proučuje, kako se vzorci oblikujejo v naravi, me navdušujejo črtasti vzorci, ki jih prenaša cebrice po telesu in plavuti.

Oglejte si črne in zlate črte zebrice in videli boste pigmentne celice različnih barv, na desettisoče. Všeč mi je, da te celice zamišljam kot ljudi, ki hodijo v prenatrpanem prostoru: Tako kot mi se celice premikajo in komunicirajo s sosedi. Pojavijo se trakovi, ker celice zelo natančno poučujejo in signalizirajo, kako naj se obnašajo. V določenem smislu se celo »stisnejo roke« tako, da segajo do oddaljenih celic.

Z matematične perspektive, trakovi zebrice spadajo na področje samoorganizacije, pojav, v katerem posamezniki medsebojno delujejo, da bi ustvarili nekaj vzorcev, ki so veliko večji od vsakega posameznika, brez zunanje usmeritve. Ptičje jate in šolanje rib so tudi primeri samoorganizacije v naravi. Nihče ni na megafonu, ki kliče napotke, da ptice jate ali pigmentne celice proizvajajo ribje črte, vendar se izjemno organizirajo, da ustvarijo vzorce.

Glej tudi: Znanstveniki prečkajo eno tekmovalno razlago zakaj imajo zebre trakove

Do nedavnega je raziskovalna skupnost mislila, da sta v trakove zebrice vključeni samo dve vrsti celic: črni in zlati trakovi, tako črne in zlate celice. Vendar pa so eksperimenti pokazali, da je tretja vrsta pigmentnih celic - modre in srebrne iridofore - kritična za oblikovanje vzorcev. Odstranite jo s kože in zebra imajo lise!

Torej, kako na tisoče celic različnih barv na rastočih zebraficah delujejo skupaj, da bi dosledno oblikovale proge? Da bi odgovoril na to vprašanje, sem razvil matematični model v sodelovanju z profesorjem uporabne matematike Bjornom Sandstedejem. V našem modelu so pigmentne celice barvne pike, ki sledijo predpisanim pravilom in enačbam za gibanje, interakcijo in spreminjanje barve. Celice z različnimi barvami se obnašajo na različne načine. Obstaja veliko vprašanj o cebrici, zato smo se odločili, da se osredotočimo na novince na sceni: tiste nadležne modre in srebrne celice.

Math ponuja drugačno perspektivo od tipičnih bioloških poskusov na ribah. Biologi lahko opazujejo, kako se vedejo celice, vendar je težje sklepati, kakšni so signali za njihovo vedenje. Z uporabo matematičnih modelov lahko testiramo veliko različnih možnih interakcij celic in predlagamo, katere lahko dejansko razložijo vedenje, ki ga biologi opazujejo. Biologi lahko nato preizkusijo naše napovedi o pravih ribah.

Naš model kaže, da pri delu obstaja več signalov, ki narekujejo srebrne in modre celice na koži rib. Vsi ti signali so odveč. Nekaj ​​namigov je vse, kar lahko celica potrebuje v popolnem svetu, vendar svet ni popoln. Na primer, menimo, da bližnje črne celice signalizirajo iridofore, da spremenijo svojo gostoto in barvo. Toda, če ni nobenih črnih celic, ki bi prenašale ta signal, lahko oddaljene zlate celice izpolnijo in zagotovijo enaka navodila.

Oglejte si tudi: Prvi video posnetka Sex Deep-Sea Anglerfish Seksi Misijonarskega videza

Lahko si zamislite te odvečne signale, kot je veliko različnih alarmnih ur. Če imate zjutraj pomemben sestanek, lahko nastavite budilko, na telefon vstavite obvestilo in pokličete budilko. Vsa ta odpuščenost pomeni, da boste verjetno dobili kup znakov, da se zbudite. Toda, če vaš telefon ne umre ali če je recepcija pozabila poklicati, to pomeni, da boste še vedno pravočasno prišli na sestanek. Redundanca zagotavlja želeni rezultat, tudi če en signal ne uspe.

Ista zamisel je lahko tudi pri živalih. Naš model kaže, da se celice različnih barv nenehno medsebojno poučujejo. To zagotavlja, da se modra in srebrna iridoferja preplavita z navodili z vseh strani, kako se obnašati. Ker obstaja več signalov, občasne napake ne motijo ​​vzorcev preveč. Rezultat: zanesljive proge.

Zakaj je to pomembno? Geni zebrafije so presenetljivo podobni človeškim genom. Razumejo, kako pigmentne celice medsebojno delujejo v normalnem in mutiranem zebri, lahko raziskovalci začnejo povezovati gene s svojo funkcijo.

Zgodba o tem, kako vzorci zebrice še niso dokončani. Za zdaj, ko naslednjič vidimo črtasto ribo, razmislite o premoru na trenutek, da prepoznamo vse delovne pigmentne celice, ki jih dajo v ta vzorec. Te zanesljive proge so precej darn neverjetno.

Ta članek je bil prvotno objavljen na The Conversation by Alexandria Volkening. Preberite izvirni članek tukaj.

$config[ads_kvadrat] not found