Без цветочка - ни денёчка
<p style="text-align: justify;"> Международная группа учёных доказала, что появление узоров на коже ящериц по

Названа причина появления узоров на коже ящериц



Международная группа учёных доказала, что появление узоров на коже ящериц подчиняется действию двух математических моделей — уравнению Тьюринга и автомату фон Неймана. Лауреат премии Филдса, руководитель лаборатории им. Чебышёва СПбГУ Станислав Смирнов помог коллегам-биологам из университета Женевы найти связь между системами, разработанными великими математиками.

Поведение кожи пресмыкающихся похоже на эволюцию клеточного автомата.
Фото Unsplash/pixabay.com.

Молодые особи юго-западных европейских ящериц имеют окраску трёх цветов в форме колец, причем эти кольца расположены поперек чешуек. Как и у большинства пресмыкающихся цвет не имеет отношения к структуре чешуи. Но когда ящерица взрослеет, чешуйки целиком окрашиваются в один из двух цветов — зелёный или чёрный — и образуют извилистый узор, похожий на лабиринт. При этом чешуйки периодически меняют цвет.

Наблюдая за взрослыми ящерицами, несколько лет назад руководитель лаборатории искусственной и живой эволюции университета Женевы, профессор Мишель Милинкович (Michel Milinkovitch) заметил, что поведение кожи пресмыкающихся похоже на эволюцию клеточного автомата. Клеточный автомат — вычислительная система, предложенная одним из отцов современных компьютеров, математиком Джоном фон Нейманом. Система состоит из набора правил, по которым клетки перекрашиваются в зависимости от цвета соседей. При этом даже простые правила могут привести к очень сложному поведению, упорядоченному или хаотичному. Примером служит "игра в жизнь" на клетчатой бумаге, часто упоминающаяся в популярной литературе, например в книгах Мартина Гарднера.

Мишель Милинкович и его коллеги в течение четырёх лет наблюдали за ящерицами, окрас которых меняется с возрастом. Выяснилось, что кожа пресмыкающихся действительно похожа на клеточный автомат — клетки перекрашиваются в зависимости от того, сколько у них соседей того или другого цвета.

Однако самая распространённая причина появления узоров на коже животных не имеет отношения к клеточным автоматам. Она была предложена знаменитым математиком Аланом Тьюрингом в одной из его последних статей. Это взаимодействие пигментов, описываемое уравнениями реакции-диффузии.

Если пигмент просто диффузирует, то, например, чёрное пятно расплывается, и вся кожа становится серой. Но если между разными диффузирующими пигментами есть нетривиальные реакции, то поведение решений становится сложнее. Тьюринг заметил, что при очень простых коэффициентах решения могут вести себя по-разному — появляются или пятна, или полосы, или спирали. Иногда узоры движутся или пульсируют. Осмысление гипотез Тьюринга заняло полвека, и сейчас стало очевидным, что раскраска многих животных идёт именно от его уравнений. Показательным примером может служить обитающая в тропических морях рыба-зебра, сложные узоры которой следуют из достаточно простых уравнений.

Вопрос, с которым к Станиславу Смирнову обратился Мишель Милинкович, звучал так: как можно из уравнения типа реакции-диффузии вывести клеточный автомат? Вместе учёные предположили, что изменение толщины кожи между чешуйками ящериц должно уменьшать в этих местах коэффициенты диффузии в уравнении Тьюринга.

"Мне удалось не только подтвердить наше общее предположение, — рассказал Смирнов, — но и показать, как в этом случае уравнения Тьюринга сводятся к дискретной форме на решетке чешуек (где считается, что каждая чешуйка окрашена в один цвет), а потом — к клеточному автомату. Поскольку вместо целой области точек всё сводится к изучению цветов нескольких тысяч чешуек, задача сильно упрощается. В свою очередь эту новую модель удалось связать с клеточным автоматом".

Математическое доказательство этого нового наблюдения получено во многом благодаря исследованиям в области химии и биологии. Интересно, что уравнения Тьюринга были связаны с клеточными автоматами фон Неймана, и эта связь проявляется в природе в результате эволюции Дарвина.

При этом механизм появления узоров, описанный учёными в Женеве и в Санкт-Петербурге, сильно отличается от тех, которые прежде рассматривались их коллегами. По мнению Смирнова, результаты, полученные в ходе данного исследования, могут быть развиты и применены в различных областях науки, в том числе в биологии и физике при изучении спонтанно образующихся узоров.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

published on cemicvet.ru according to the materials animalworld.com.ua


Источник: Названа причина появления узоров на коже ящериц
Написал:
Теги: Животный мир кожа Биология возраст Вопрос гипотеза

Комментарии (0)

Пока комментариев к статье нет, но вы можете стать первым.
Написать комментарий:
Напишите ответ :
Существо фантастических возможностей
Существо фантастических возможностей
0
Интересности 12:00 27 дек 2016
10 самых безумных научных экспериментов
10 самых безумных научных экспериментов
0
Интересности 09:00 Сегодня
Секреты отращивания длинных волос
Секреты отращивания длинных волос
0
Жизнь прекрасна 09:45 Сегодня
Что шокирует русскоязычную девушку, выросшую в Швеции
Что шокирует русскоязычную девушку, выросшую в Швеции
0
Мир Путешествий 10:10 Сегодня
Ролевые игры
Ролевые игры
0
Мир Путешествий 10:05 Сегодня
Глава ВЦИОМ Валерий Федоров: Если повеет ветром 90-х, россияне тут же расхотят перемен
Глава ВЦИОМ Валерий Федоров: Если повеет ветром 90-х, россияне тут же расхотят перемен
0
Общество и я 10:00 Сегодня
Вот они, 10 повседневных действий, из-за которых твоя кожа выглядит на 10 лет старше! И дело не в курении…
Вот они, 10 повседневных действий, из-за которых твоя кожа выглядит на 10 лет старше! И дело не в курении…
0
Мир Путешествий 07:30 Сегодня
В СССР секс был! Да ещё какой
В СССР секс был! Да ещё какой
0
Настоящая история 06:01 Сегодня
Привычки, которые тратят ваше время впустую
Привычки, которые тратят ваше время впустую
0
Жизнь прекрасна 09:15 Сегодня
Поврежденные и уничтоженные культурные памятники
Поврежденные и уничтоженные культурные памятники
0
Жизнь прекрасна 10:15 Сегодня
Гигантская свалка в Индонезии — дом нескольких тысяч семей
Гигантская свалка в Индонезии — дом нескольких тысяч семей
0
Цветик-семицветик 07:30 Сегодня
Толстый енот-полоскун забрался на кухню и перемыл гору грязной посуды
Толстый енот-полоскун забрался на кухню и перемыл гору грязной посуды
0
Цветик-семицветик 07:15 Сегодня