انحنای موضعی می تواند موجب جهت مندی الگوهای رنگدانه متناوب در جانوران شود.

بر اساس مدل های ریاضی معروف به سیستم های پخش-برهمکنش reaction–diffusion system، خطوط راه راه جانوران می تواند ناشی از بر همکنش و پخش مواد شیمیایی یا سلول ها در پوست جانور باشد. اما این مدل ها توضیح نمی دهند که چرا جانوران، خطوط راه راه با جهت گیری های خاصی دارند. مایکل اِستادِن Michael Staddon از موسسه ماکس پلانک آلمان در شاخه فیزیک سیستم های پیچیده اکنون یک تعمیم بر نظریه پخش-برهمکنش پیشنهاد داده که می تواند این گرایش جهت گیری را ایجاد کند[1]. او عنوان می کند که دینامیک برهمکنش- و در نتیجه همجهتی خطوط راه راه سراسری- می تواند تحت تاثیر انحنای سطح موضعی باشد.

در ساده ترین سیستم پخش-برهمکنش ، رنگ پوست جانور در هر نقطه معین توسط غلظت های نسبی دو مولکول پیام رسان یعنی یک فعال ساز و یک بازدارنده تعیین می شود. فعال ساز تولید هر دو مولکول را افزایش می دهد در حالی که بازدارنده تولید آنها را کم می کند. نوسانات غلظت های مولکول ها منجر به ناپایداری هایی می شود که الگوهای متناوب را شکل می دهند. اما این الگوها فاقد هر گرایش جهت گیری هستند مگر اینکه غلظت یک نوع، از یک گرادیان مکانی پیروی کرده یا این نوع ها به طور ناهمسانگرد پخش شود.

اِستادِن پیشنهاد می کند که چنین ناهمسانگردی ای از نرخ های پخش ناشی می شود که مرتبط با انحنای سطح موضعی است. با استفاده از شبیه سازی های سه بعدی، او دریافت وقتی پخش در جهت بیشترین انحنا کاهش یابد، خطوط راه راه به شکل حلقه هایی در می آیند همانند آنچه در کناره های تنه و پاهای ببرها و گورخرها دیده می شوند. وقتی پخش با انحنا افزایش بیابد، خطوط راه راه در امتداد طولی ایجاد می شوند همان طور که در ماهی گورخر دیده می شود. تغییر قدرت جفت شدگی بین انحنا و پخش، خطوط راه راه را در سایر جانوران لکه دار ایجاد می کند.

اِستادِن خاطرنشان می کند که الگوهای رنگدانه تمایل دارند در طول بارداری جنینی ظاهر شوند. جفت شدگی پخش-انحنا یک ساز و کار برای شکل دهی الگو در طول رشد ارائه می کند، اما حلقه های بازخوردی اضافه ممکن است منجر به شکل های پیچیده تری شود.

1. M. F. Staddon, “How the zebra got its stripes: Curvature-dependent diffusion orients Turing patterns on three-dimensional surfaces,” Phys. Rev. E 110, 034402 (2024).

منبع:

How a Zebra’s Stripes Align

ترجمه خبر: بهناز ساربانها