複雑な動物のパターン: 新しい研究がこの質問に答える可能性がある

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印象的な模様のハコフグは、六角形の斑点や鋭い線に至るまで、細部まで抜かりがない。この種の複雑な模様は非常に鋭いため、コロラド大学ボルダー大学の技術者でさえ当惑していた。 その独特の外観を得る方法について。

アラン・チューリング、有名な数学者 彼は現代のコンピューティングを発明したは70年以上前に、動物はコーヒーのクリーマーと同じように、皮膚組織を通って拡散する化学物質を生成することによってパターンを獲得したと提案しました。 他の要因が化学物質の活性を阻害している間に化学物質が反応し、パターンが形成されます。 しかし、チューリングの理論は、装飾的なハコフグのような種に特有のパターンがどのように残るのかを説明していませんでした。

コロラド大学ボルダー校のエンジニアチームは、拡散光泳動と呼ばれるメカニズムがどのようにして鮮明なパターンを作り出すことができるのかを新たな研究で発見したと発表した。 科学の進歩の水曜日。 拡散電気泳動のプロセスは、液体に浮遊した分子の動きを表します。 濃度勾配 別の化学物質の影響により、小分子、この場合は発色団 (色素細胞) が集中して凝集します。

科学者がこのプロセスを含めるように修正されたチューリング方程式を計算したとき、彼らが作成したシミュレーションは、チューリングの理論だけで作成される漠然とした不定のスポットとは異なり、粒子の経路が常に幅広い線を作成することを示しました。

「私たちが興味をそそられたのは、もしそれが広範囲に広がっているのであれば、パターンはそれほど鮮明であってはならず、色もそれほど目立つものであってはいけないということです」と研究の共著者は述べた。 アンクル・グプタ、コロラド大学ボルダー大学の化学および生物工学の助教授。 「それでは、何がこれらのパターンにこれほど驚くべき鮮明さを与えているのでしょうか? そこで拡散電気泳動の出番です。」

技術者らの発見は、化学物質が拡散するにつれて発色団が形成されることを示唆している また、拡散電気泳動のプロセスでその経路に沿って引っ張られ、より明確に定義された輪郭を持つスポットやラインが作成されます。 プレスリリースによると 勉強について。

グプタ教授は、今回の発見により、他の種の胚形成や腫瘍形成、形態形成や生物学的プロセスと関連した拡散泳動のさらなる研究が促進されることを期待していると述べた。

「界面を鋭くするというアイデアは良いアイデアであり、生物学的機能にとって確かに重要です」と彼は言う。 アンドリュー・クラウス博士英国ダーラム大学応用数学助教授 チューリング理論を学ぶ、メールで。

「拡散のような数学的考え方は、多くの場合『滑らかな』、または連続した界面を導きますが、生物組織のほとんどの境界（たとえば臓器間の境界など）は比較的硬いです」と、この研究には関与していないクラウス氏は述べた。遺伝子発現領域を鮮明にする考えられる少なくとも 1 つの方法。」

チューリングの仮説は、1952 年に彼が書いた「形態形成の化学的基礎」というタイトルの論文で初めて登場しました。 彼の理論は、動物のパターンはランダムではなく、むしろ化学反応と拡散のプロセスであり、それが体系的にヒョウの斑点や縞模様の出現につながると主張しました。 ウォリック大学。

拡散プロセスは、最近の研究に基づいてチューリング理論を改良するために提案された修正であるが、他の解決策も可能である可能性があると同氏は述べた。 ジェレミー・グリーン、キングス・カレッジ・ロンドンの発生生物学教授。

「細胞は非常に粘着性が高く、拡散電気泳動では移動する可能性は低い」と研究に関与していないグリーン氏は電子メールで述べた。 「チューリングパターン（または実際には境界）を鋭くする細胞の動きは新しいアイデアではなく、走化性（活発な細胞移動）だけでなく、他のメカニズムによっても起こります。」

グリーン氏は、この研究は今後のモデリングや実験に影響を与える可能性が高いと考えているが、チューリングの理論にはまだ調査されていない穴があると述べた。 グリーン共著A 2012 年 2 月の調査 これは、マウスの口蓋の隆起に関してチューリングの理論を裏付ける証拠を発見しました。

「私たちは研究で他の可能性を検討し、走化性、つまり細胞移動などのプロセスの存在を認めました」とグプタ氏は電子メールで述べた。 「私たちは、拡散光泳動が唯一のメカニズムであると主張するつもりはありません。むしろ、拡散光泳動が存在するにもかかわらず、適切に評価されていないということです。拡散を含めることは、そのような予測の堅牢性を向上させるのに役立ちます。」