למה דג הזברה יש פסים? מודל מתמטי מסביר את הדפוס

פסים נפוצים בחיינו. זה דפוס בסיסי למדי, וקל לקחת כמובן מאליו.

בתור מתמטיקאי מוחל אשר לומד כיצד דפוסי טופס בטבע, אם כי, אני wowed על ידי דפוסי פסים לובש דג הזברה על הגוף וסנפירים.

תסתכל מקרוב על פסים שחורים של זהב דג הזברה, ותראה תאים בצבע פיגמנט שונה, עשרות אלפי מהם. אני אוהב לראות את התאים האלה כשאנשים מסתובבים בחדר צפוף: בדיוק כמונו, התאים נעים ואינטראקציה עם שכניהם. פסים מופיעים כי התאים בזהירות רבה להדריך אות אחד על איך להתנהג. הם אפילו "ללחוץ ידיים" במובן מסוים על ידי להגיע אל תאים מרוחקים.

מנקודת מבט מתמטית, פסים דג הזברה נופלים לתוך שדה של ארגון עצמי, תופעה שבה אנשים אינטראקציה לייצר דפוס הרבה יותר גדול מכל אדם, ללא כיוון חיצוני. ציפורים ציפורים ודגים בבתי הספר הם גם דוגמאות של ארגון עצמי בטבע. אף אחד לא על מגאפון קורא כיוונים כך ציפורים נוהרים או תאים פיגמנט לייצר פסים דגים, אך להפליא, שניהם להתארגן כדי ליצור דפוסים.

ראה גם: מדענים מוציאים הסבר אחד מתחרה למה זברות יש פסים

עד לאחרונה, קהילת המחקר חשבה רק שני סוגים של תאים היו מעורבים פסים דג הזברה: פסים שחורים וזהב, כך תאים שחורים וזהב. עם זאת, ניסויים הראו כי סוג שלישי של תא פיגמנט - כחול וכסף iridophores - הוא קריטי להיווצרות דפוסים. הסר אותו מן העור, דג הזברה יש כתמים!

אז איך אלפי תאים בצבע שונה על דג הזברה גדל יחד כדי ליצור פסים באופן עקבי? כדי לעזור לענות על שאלה זו, פיתחתי מודל מתמטי בשיתוף עם פרופסור למתמטיקה שימושית Bjorn Sandstede. במודל שלנו, תאים פיגמנט הם נקודות צבעוניות לאחר הכללים שנקבעו משוואות איך הם נעים מסביב, אינטראקציה ולשנות את צבעם. תאים עם צבעים שונים מתנהגים בדרכים שונות. יש הרבה שאלות על דג הזברה, ולכן החלטנו להתמקד על מצטרפים חדשים למקום: אלה pesky כחול וכסף תאים.

מתמטיקה מציעה פרספקטיבה שונה מ ניסויים ביולוגיים טיפוסיים על דגים. ביולוגים יכולים לראות איך התאים מתנהגים, אבל זה מסובך יותר להסיק את האותות מאחורי ההתנהגות שלהם. באמצעות מודלים מתמטיים, אנו יכולים לבדוק הרבה אינטראקציות תא שונות אפשריות ולהציע אילו הם בעצם מסוגלים להסביר את ההתנהגויות ביולוגים לצפות. ביולוגים יכולים לבדוק את התחזיות שלנו על דגים אמיתיים.

המודל שלנו מציע יש אותות מרובים בעבודה המנחה כסף וכחול תאים על העור דגים. כל האותות הללו הם מיותרים. כמה רמזים הם כל ההוראה שתא צריך בעולם מושלם, אבל העולם אינו מושלם. לדוגמה, אנו חושבים שתאים שחורים סמוכים מציינים אירידופורים לשינוי הצפיפות והצבע שלהם. אבל אם אין תאים שחורים מסביב לשדר את האות, תאי זהב רחוקים יכולים למלא ולספק את אותן ההוראות.

ראה גם: ראשון אי פעם וידאו של ים עמוק Anglerfish סקס עושה מיסיונרית נראה מבריק

אתה יכול לחשוב על אותות אלה מיותר כמו חבורה של שעונים שונים. אם יש לך פגישה חשובה בבוקר, אתה יכול להגדיר שעון מעורר, לשים הודעה בטלפון ולבקש שיחת השכמה. כל זה יתירות אומר שאתה כנראה תקבל חבורה של רמזים להתעורר. אבל על סיכויי כי הטלפון שלך מת או בדלפק הקבלה שוכח להתקשר, זה גם אומר שאתה עדיין להגיע לפגישה שלך בזמן. יתירות מבטיחה את התוצאה הרצויה, גם אם אחד האות נכשל.

רעיון זהה עשוי להיות בעבודה דג הזברה. המודל שלנו מציע כי תאים בצבע שונה כל הזמן מורה זה לזה. זה מבטיח כי iridophores כחול וכסף הם pummeled עם כיוונים מכל הצדדים על איך להתנהג. בגלל שיש אותות מרובים, כשלים מזדמנים לא משבשים דפוסי יותר מדי. התוצאה: פסים אמינים.

למה זה חשוב? דגני דג הזברה דומים להפליא לגנים האנושיים. על ידי הבנה כיצד תאים פיגמנט אינטראקציה דג הזברה נורמלי מוטציה, החוקרים עשויים להיות מסוגלים להתחיל לקשר גנים לתפקוד שלהם.

הסיפור של איך דגמים דגמים טופס לא הסתיים עדיין. לעת עתה, עם זאת, בפעם הבאה שאתה רואה דגים מפוספסים, לשקול הפסקה לרגע כדי לזהות את כל תאי פיגמנט עבודה לשים לתוך יצירת דפוס זה. אלה פסים אמינים הם די מדהים לעזאזל.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי אלכסנדריה Volkening. קרא את המאמר המקורי כאן.