Крзната на претставниците од животинското царство се далеку од здодевни и се полни со интересни бои и шари. Овие математички инспирирани дизајни како дамките на леопардот и пругите на тигарот се исто толку интересни колку што се и сложени. Но, како животните ги добиле своите точки, пруги и сè помеѓу нив? Тоа е прашање што ги збунува научниците и математичарите со децении, но една група можеби е поблиску до одговорот.

Загатка што ни Тјуринг не можел да ја реши

Во 1952 година британскиот математичар Алан Тјуринг претпоставил дека како што се развива ткивото, тоа генерира хемиски агенси кои се движат, слично на тоа како кога белото млеко се шири кога се става во црно кафе. Во теоријата на Тјуринг некои од овие хемикалии потоа ги активираат клетките што произведуваат пигмент, што создава точки. Други хемикалии ќе ги запрат овие клетки, создавајќи празни простори меѓу нив. Сепак, компјутерските симулации базирани на идејата на Тјуринг создадоа точки кои беа поматни од оние што се наоѓаат во природата.

Во 2023 година хемискиот инженер Анкур Гупта од Универзитетот Колорадо и неговите соработници ја подобриле теоријата на Тјуринг со додавање друг механизам наречен дифузиофероза. Ова е процес каде што дифузиоферозата ги влече другите честички заедно со себе. Слично е на тоа кога валканата облека се пере во машина за перење. Додека детергентот се истура од облеката во водата, тој ги влече нечистотијата и прашината подалеку од ткаенината.

Гупта открил дека дифузиоферозата може да генерира модели со поостри контури од оригиналниот модел на Тјуринг, но овие резултати биле премногу совршени. Сите шестаголници биле сè уште со иста големина и облик и имале идентични празнини меѓу нив. Во природата ниеден модел не е совршен. На пример, црните ленти на зебрата варираат во дебелина. Затоа Гупта и тимот се обиделе да ја усовршат својата теорија за дифузиофероза.

Како топки во цевка

Гупта и тимот детално објаснуваат како успеале да ги имитираат несовршените обрасци и текстури. Откако им дале на поединечните клетки дефинирани големини, а потоа моделирале како секоја од нив се движи низ ткивото, симулациите почнале да создаваат помалку униформни обрасци.

Слично е како кога топки со различни големини би се движеле низ цевка. Поголемите, како што се кошаркарската или топката за куглање, би создале подебели контури од топките за голф или пинг-понг топките. Истото е и со клетките - кога поголемите клетки се групираат, тие создаваат пошироки обрасци. Ако истите топки што патуваат во цевка се судрат една со друга и ја затнат, тоа ќе прекине континуирана линија. Кога клетките доживуваат ист сообраќаен метеж, резултатот е прекин на лентите.

Нивните нови симулации покажале прекини и зрнести текстури кои се послични на оние што се наоѓаат во природата.

Зошто е ова важно?

Во иднина, тимот планира да користи посложени интеракции меѓу клетките и хемиските агенси за да ја подобри точноста на нивните симулации. Разбирањето како се составуваат клетките што создаваат шеми би можело да им помогне на инженерите да развијат материјали што можат да ги менуваат боите врз основа на нивната околина, на начинот на кој тоа го прави кожата на камелеонот. Исто така, може да помогне во создавање поефикасни пристапи за испорака на лекови до одреден дел од телото.

- Црпиме инспирација од несовршената убавина на еден природен систем и се надеваме дека ќе ги искористиме овие несовршености за нови видови функционалност во иднина - порачал Гупта.

Извор: popsci.com

Фото: Freepik