De la leoparzii cu pete la zebrele cu dungi, natura nu duce lipsa de modele distincte pe animale si plante. Oamenii de stiinta au demonstrat ca acelasi proces fizic care ajuta la indepartarea murdariei de pe rufe ar putea juca un rol in modul in care vietuitoarele tropicale isi obtin petele si dungile colorate.
Modelul de reactie si difuzie
Pentru studiul lor, echipa de la Universitatea Colorado, Boulder s-a bazat pe activitatea revolutionara a pionierului britanic al calculatoarelor Alan Turing, care dateaza de peste 70 de ani. Savantii americani considera ca descoperirile lor ar putea ajuta la dezvoltarea de noi materiale si chiar de noi medicamente.
Benjamin Alessio, autorul principal al studiului, a declarat: „Multe intrebari biologice se reduc, in esenta, la aceeasi intrebare: cum pot organismele sa dezvolte modele si forme complicate cand totul porneste de la o aglomerare sferica de celule? Lucrarea noastra foloseste un mecanism fizic si chimic simplu pentru a explica un fenomen biologic complicat.”
Biologii au aratat anterior ca multe animale au evoluat in a avea modele de blana pentru a se camufla sau pentru a atrage parteneri sexuali. Desi genele codifica informatii despre modele, cum ar fi culoarea petelor unui leopard, genetica nu poate explica si unde anume se vor dezvolta petele.
In 1952, inainte ca biologii sa descopere structura cu dubla spirala a ADN-ului, Alan Turing a propus o teorie indrazneata privind modul in care animalele isi obtin modelele.
Turing, considerat parintele informaticii teoretice si al inteligentei artificiale, a emis ipoteza ca, pe masura ce tesuturile se dezvolta, ele produc agenti chimici. Acesti agenti se difuzeaza prin tesuturi intr-un proces similar cu adaugarea de lapte in cafea. In timp ce unii dintre agenti reactioneaza unii cu altii, formand pete, alte zone inhiba raspandirea si reactia agentilor, formandu-se astfel spatiile dintre pete.
Teoria lui Turing a sugerat ca, in locul proceselor genetice complexe, modelul simplu de reactie-difuzie ar putea fi suficient pentru a explica elementele de baza ale formarii modelelor biologice.
O enigma rezolvata
Dr. Ankur Gupta, unul dintre autorii studiului, a declarat: „Cu siguranta ca mecanismul lui Turing poate produce modele, dar difuzia nu produce modele clare”. Ca exemplu, dr. Gupta indica faptul ca, atunci cand laptele se difuzeaza in cafea, el curge in toate directiile cu un contur neclar. Ideea studiului i-a venit lui Gupta dupa ce a vizitat acvariul Birch din San Diego, unde a fost impresionat de claritatea modelului complicat al asa-numitului „peste-cutie”. Acest model este alcatuit din hexagoane violete inconjurate de un contur galben distinct si avand spatii negre groase intre ele. Gupta a considerat ca teoria lui Turing nu ar putea explica singura contururile ascutite ale hexagoanelor.
Gupta, s-a intrebat daca procesul – cunoscut sub numele de difuioforeza – nu joaca vreun rol in formarea modelelor din natura. Desi ar putea parea un concept obscur pentru cei care nu sunt oameni de stiinta, echipa de cercetare a explicat ca este, de fapt, modul in care rufele devin curate.
Un studiu recent a aratat ca prin clatirea cu apa curata a hainelor imbibate cu sapun murdaria este indepartata mai repede decat daca hainele imbibate cu sapun ar fi clatite in apa cu sapun. Acest lucru se datoreaza faptului ca, atunci cand sapunul se difuzeaza din tesatura in apa cu o concentratie mai mica de sapun, miscarea moleculelor de sapun atrage murdaria. Dar cand hainele sunt puse in apa cu sapun, lipsa unei diferente in ceea ce priveste concentratia sapunului face ca murdaria sa ramana pe loc.
Miscarea moleculelor in timpul difuioforezei, asa cum a observat echipa dr. Gupta, urmeaza intotdeauna o traiectorie clara si da nastere unor modele cu contururi clare. Pentru a vedea daca aceasta poate juca un rol in conferirea modelelor vii ale animalelor, echipa a efectuat o simulare a modelului hexagonal violet si negru observat pe pielea ornata a pestelui-cutie, folosind doar ecuatiile Turing.
Calculatorul a produs o imagine cu puncte violet neclare si cu un contur negru slab. Apoi, cercetatorii au modificat ecuatiile pentru a incorpora difuioforeza. Rezultatul s-a dovedit a fi mult mai asemanator cu modelul hexagonal bicolor stralucitor si clar observat pe peste.
Teoria echipei sugereaza ca, atunci cand agentii chimici se difuzeaza prin tesuturi, asa cum a descris Turing, atrag dupa ei si celulele producatoare de pigmenti prin difuioforeza.
Celulele pigmentare formeaza pete si dungi cu un contur mult mai precis. La zeci de ani dupa ce Turing a propus teoria sa de referinta, oamenii de stiinta au folosit mecanismul pentru a explica multe alte modele din biologie, cum ar fi dispunerea foliculilor de par la soareci.
Dr. Gupta spera ca noul studiu si alte cercetari efectuate de echipa sa pot, de asemenea, sa imbunatateasca intelegerea formarii modelelor, inspirand savantii sa dezvolte materiale inovatoare si chiar medicamente.
Cine a fost Alan Turing?
Alan Turing a fost un matematician britanic nascut in 1912 la Londra. Avand un talent fa-bulos in domeniul matematicilor, el a absolvit Universitatea Cambridge si apoi a terminat Matematica la „King’s College” ca sef de promotie.
In timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial, Turing a jucat un rol esential in descifrarea codurilor Enigma folosite de armata germana pentru a-si codifica mesajele. Activitatea sa le-a oferit liderilor aliati informatii vitale despre miscarile si intentiile fortelor lui Hitler.
Istoricii considera ca munca lui Turing si a colegilor sai de la Bletchley Park (sediul principalei organizatii de criptanaliza a Regatului Unit) a scurtat razboiul cu pana la doi ani si a salvat nenumarate vieti, iar Turing a fost decorat cu Ordinul Imperiului Britanic in 1946. Turing este considerat, de asemenea, parintele informaticii si al inteligentei artificiale, demonstrand inca din anii 1930 ca „masina de calcul universala” ar fi capabila sa execute ecuatii daca acestea ar fi prezentate sub forma unui algoritm. Din pacate, faptul ca era homosexual i-a adus o condamnare si pentru a evita inchisoarea a acceptat sa fie castrat chimic. A murit la doar 41 de ani, otravit cu cianura. O ancheta a dat verdictul de sinucidere, desi mama sa si alte persoane au sustinut ca moartea s-ar fi produs accidental.
Cand i-a fost descoperit cadavrul, langa patul sau era un mar pe jumatate mancat. Acesta nu a fost niciodata testat pentru cianura, dar se speculeaza ca ar fi constituit sursa dozei fatale. Unele teorii sugereaza ca Turing era „obsedat” de basmul „Alba ca Zapada si cei sapte pitici” si ca sinuciderea sa a fost inspirata de marul otravit din poveste.
GABRIEL TUDOR
Comentarii