Исследователи из Университета Колорадо (США) предложили новое объяснение тому, как формируются узоры на шкурах животных — от полос зебр до пятен леопардов. Их работа, опубликованная в журнале Matter, дополняет классическую теорию, разработанную британским математиком Аланом Тьюрингом в 1950-х годах.
Тьюринг и химические волны
Ещё Тьюринг предположил, что рисунки на коже и шерсти возникают благодаря взаимодействию двух веществ — «активатора» и «ингибитора», которые распространяются по тканям с разной скоростью. Это создаёт устойчивые паттерны: полосы, пятна или сетки. Однако эта модель не объясняла, почему узоры в природе почти никогда не бывают идеальными и всегда уникальны.
Новый механизм — диффузиофорез
Учёные из Колорадо добавили к модели диффузиофорез — процесс, при котором частицы перемещаются под действием градиентов концентрации других веществ. В живых тканях это означает, что клетки-пигментофоры (отвечающие за окраску) движутся не только под влиянием химических сигналов, но и под давлением окружающей среды.
Кроме того, исследователи учли важный физический фактор: клетки и частицы имеют размер и не могут проходить друг сквозь друга. Это ограничивает их движение и приводит к небольшим, но значимым отклонениям в формировании узора.
Почему каждый узор — уникален?
Именно эти особенности — ограниченное пространство и сложное движение частиц — объясняют, почему:
- Ни одна зебра не выглядит точно как другая;
- Пятна у леопардов варьируются даже у родственников;
- У рыб, например, у бронзовой коробкообразной рыбы (Ornate boxfish), рисунок индивидуален, как отпечаток пальца.
Компьютерные симуляции показали, что такая комбинация химии и физики воспроизводит природные узоры с высокой точностью.
Не только для биологии
Понимание этих механизмов может быть полезно не только в науке о живой природе. Исследователи считают, что открытие поможет в разработке новых материалов, способных самостоятельно формировать структуры, а также в будущем — в регенеративной медицине и создании искусственных тканей.
«Мы не просто объясняем, почему зебры полосатые, а леопарды пятнистые, — говорят авторы. — Мы начинаем понимать, как природа использует физику и химию, чтобы создавать сложные и уникальные формы».