خط و خال پوست حیوانات چگونه شکل‌گرفت؟

 زی‌سان: در برخی گونه‌های جانوری مانند جعبه‌ماهی الگو‌هایی بسیار متمایز و واضح وجود دارد. جعبه‌ماهی پرنقش و نگار با آن طرح‌های جذاب، لکه‌های شش‌ضلعی و راه‌راه‌های دقیق، در جزئیات هیچ کم ندارد. نشانه‌گذاری‌های پیچیده این گونه جانوری به قدری سنجیده است که ذهن مهندسان دانشگاه کلورادو بولدر را در مورد چگونگی پدید آمدن این ظاهر متمایز به‌شدت درگیر کرده است. 

آلن تورینگ، ریاضیدان مشهور و مبدع محاسبات امروزی، بیش از ۷۰ سال پیش گفت که الگو‌های روی پوست حیوانات از طریق انتشار عوامل شیمیایی تولیدشده در بافت پوست ایجاد می‌شود، چیزی مشابه خامه که در قهوه پخش می‌شود.

مواد شیمیایی با هم تعامل می‌کنند، و هم‌زمان سایر عوامل فعالیت آن‌ها را مهار می‌کند و درنتیجه الگویی شکل می‌گیرد. اما نظریه تورینگ توضیح نمی‌دهد که این الگو‌ها در گونه‌های جانوری مانند جعبه‌ماهی چگونه اینقدر متمایز و واضح ایجاد می‌شود.

سی‌ان‌ان با این مقدمه نوشت: «روز چهارشنبه مطالعه‌ای جدید در نشریه پیشرفت‌های علم منتشر شد که در آن گروه مهندسی دانشگاه کلرادو بولدر چگونگی ایجاد این الگو‌های دقیق را به روشی به نام دیفیوزوفورسیس (diffusiophoresis) بررسی کردند. دیفیوزوفورسیس حرکت مولکول‌های معلق در یک مایع در واکنش به تغییرات غلظت یک ماده شیمیایی جداگانه است؛ در این حالت ذرات کوچک، که در این مورد کروماتوفور‌ها (سلول‌های رنگدانه) هستند، متمرکز می‌شوند و به هم می‌پیوندند.»

دانشمندان معادله تورینگ را که برای این فرآیند تغییراتی در آن اعمال شد محاسبه کردند. آن‌ها شبیه‌سازی‌هایی ایجاد کردند که نشان داد مسیر مولکول‌ها برخلاف نقاط مبهم و نامشخصی که نظریه تورینگ ایجاد می‌کند، همواره خطوط واضحی پدید آورده است.

یافته‌های این مهندسان نشان می‌دهد که با انتشار عوامل شیمیایی، کروماتوفور‌ها نیز در طول مسیر خود به دیفیوزوفورسیس کشیده می‌شوند و لکه‌ها و راه‌راه‌هایی با طرح کلی واضح‌تر ایجاد می‌کنند.

مهندسان این پژوهش امیدوارند یافته‌های اخیر به پژوهش‌های بیشتری درمورد دیفیوزوفورسیس در زمینه تشکیل جنین و تومور، استتار و نیز فرآیند‌های زیست‌شناختی سایر گونه‌ها منجر شود.

سایر امکان‌ها برای تکمیل نظریه تورینگ

نظریه تورینگ نخستین بار در سال ۱۹۵۲ در مقاله‌ای با نام «مبنای شیمیایی ریخت‌زایی» منتشر شد. به گفته دانشمندان دانشگاه وارویک، نظریه تورینگ می‌گوید که الگو‌های روی بدن حیوانات تصادفی به وجود نمی‌آید، بلکه تحت‌تاثیر فرآیند انتشار واکنش شیمیایی است که به شیوه‌ای روشمند باعث ایجاد لکه روی پوست پلنگ، یا راه‌راه روی پوست ببر می‌شود.

جرمی گرین، استاد زیست‌شناسی تکوینی کالج کینگز لندن، گفت: «دیفیوزوفورسیس یک اصلاح پیشنهادی برای تکمیل نظریه تورینگ براساس مطالعه اخیر است، اما راه‌حل‌های احتمالی دیگری نیز وجود دارد.» او گفت: «سلول‌ها بسیار چسبنده‌اند و بعید است در اثر دیفیوزوفورسیس حرکت کنند. حرکت سلول برای تکمیل الگوی تورینگ ایده جدیدی نیست و نه‌تن‌ها با کموتاکسی [حرکت سلول‌های متحرک در اثر محرک شیمیایی خارجی]، بلکه به روش‌های دیگری نیز می‌تواند رخ بدهد.»

به گفته گرین، این مطالعه احتمالا بر مدل‌سازی و تجربیات علمی آتی تاثیرگذار است، اما نظریه تورینگ مشکلاتی دارد که باید بررسی شود.