Bakit May Guhit ang Zebrafish? Ipinaliwanag ng Modelong Math ang Pattern

Ang mga guhit ay karaniwan sa ating buhay. Ito ay isang medyo basic pattern, at madaling tumagal para sa ipinagkaloob.

Bilang isang mathematician na inilalathala na nag-aaral kung paano magkatulad ang mga pattern, gayunpaman, nahuhumaling ako sa mga pattern na may guhit ang zebrafish na nagsusuot sa katawan at mga palikpik nito.

Tingnan ang mga guhit na itim at ginto ng zebrafish, at makikita mo ang iba't ibang kulay na mga pigment cell, libu-libo sa kanila. Gusto kong makita ang mga selyula na ito habang ang mga tao ay naglalakad sa isang masikip na silid: Tulad ng sa amin, ang mga cell ay lumipat at nakikipag-ugnayan sa kanilang mga kapitbahay. Lumilitaw ang mga guhit dahil ang mga selyula ay maingat na nagtuturo at nagpapahiwatig sa bawat isa kung paano kumilos. Ang mga ito ay kahit na "makipagkamay" sa ilang mga kahulugan sa pamamagitan ng pag-abot sa malayong mga selula.

Mula sa isang pananaw sa matematika, ang mga zebrafish na guhitan ay nahuhulog sa larangan ng pag-organisa ng sarili, isang kababalaghan na kung saan ang mga indibidwal ay nakikipag-ugnayan upang makabuo ng ilang mga pattern na mas malaki kaysa sa anumang indibidwal, nang walang panlabas na direksyon. Ang mga kawan ng ibon at isda sa pag-aaral ay mga halimbawa din ng kalikasan sa sarili. Walang sinuman sa megaphone na tumatawag sa mga direksyon upang ang mga ibon na kawan o mga pigment cell ay gumawa ng mga guhit ng isda, bagaman kahanga-hanga, sila ay nag-organisa ng kanilang mga sarili upang lumikha ng mga pattern.

Tingnan din ang: Mga siyentipiko Tumawid sa Isang Makasagisag na Paliwanag Para Sa Bakit May mga Strawy Zebra

Hanggang kamakailan lamang, naisip ng komunidad ng pananaliksik na ang dalawang uri ng mga selula ay kasangkot sa zebrafish guhitan: mga guhit na itim at ginto, kaya mga itim at ginto na mga selula. Gayunpaman, ipinakita ng mga eksperimento na ang isang ikatlong uri ng sangkap na pangulay - asul at pilak na iridophores - ay mahalaga sa pagbuo ng pattern. Alisin ito mula sa balat, at zebrafish may mga spot!

Kaya paano ang libu-libong iba't ibang kulay na mga cell sa isang lumalagong zebrafish nagtutulungan nang tuluy-tuloy na bumubuo ng mga guhitan? Upang matulungan ang sagot sa tanong na ito, bumuo ako ng isang modelo ng matematika sa pakikipagtulungan sa propesor ng matematika na inilapat Bjorn Sandstede. Sa aming modelo, ang mga pigment cell ay may kulay na mga tuldok sumusunod sa mga iniresetang alituntunin at equation para sa kung paano sila lumilibot, makipag-ugnay at baguhin ang kanilang kulay. Ang mga cell na may iba't ibang kulay ay kumikilos sa iba't ibang paraan. Mayroong maraming mga katanungan tungkol sa zebrafish, kaya nagpasya kaming mag-focus sa mga bagong dating sa tanawin: mga pesky asul at pilak na mga cell.

Nag-aalok ang Math ng iba't ibang pananaw mula sa mga tipikal na biolohiyang eksperimento sa isda. Ang mga biologist ay maaaring manonood kung paano kumikilos ang mga cell, ngunit ito ay mas mabigat upang mahulaan ang mga signal sa likod ng kanilang pag-uugali. Paggamit ng mga modelo ng matematika, maaari naming subukan ang maraming iba't ibang mga posibleng pakikipag-ugnayan ng cell at iminumungkahi kung alin ang talagang maipaliwanag ang pag-uugali ng mga biologist na obserbahan. Pagkatapos ay subukan ng mga biologist ang aming mga hula sa tunay na isda.

Ang aming modelo ay nagpapahiwatig na mayroong maraming mga signal sa trabaho na nagtuturo pilak at asul na mga cell sa balat ng isda. Ang lahat ng mga senyas na ito ay kalabisan. Ang ilang mga pahiwatig ay ang lahat ng pagtuturo ng isang cell ay maaaring kailangan sa isang perpektong mundo, ngunit ang mundo ay hindi perpekto. Halimbawa, sa palagay namin na ang mga kalapit na itim na mga selula ay nagsasalaysay ng iridophores upang baguhin ang kanilang density at kulay. Ngunit kung walang anumang mga itim na cell sa paligid upang maipadala ang signal na iyon, ang malayong mga selula ng ginto ay maaring punan at ibibigay ang parehong mga tagubilin.

Tingnan din ang: Unang-Kailanman Video ng Deep-Sea Anglerfish Sex Gumagawa Missionary Look Flashy

Maaari mong isipin ang mga kalabisan na signal tulad ng isang grupo ng mga iba't ibang mga orasan ng alarma. Kung mayroon kang isang mahalagang pagpupulong sa umaga, maaari kang magtakda ng alarm clock, maglagay ng abiso sa iyong telepono at humingi ng wake-up call. Ang lahat ng mga kalabisan ay nangangahulugan na ikaw ay maaaring makakuha ng isang grupo ng mga pahiwatig upang gisingin. Ngunit sa off pagkakataon na ang iyong telepono ay namatay o ang front desk forgets na tumawag, ito rin ay nangangahulugan na makakakuha ka pa rin sa iyong pagpupulong sa oras. Tinitiyak ng kalabisan ang nais na resulta, kahit na nabigo ang isang signal.

Ang parehong ideya ay maaaring sa trabaho sa zebrafish. Ang aming modelo ay nagpapahiwatig na ang iba't ibang kulay na mga selula ay patuloy na nagtuturo sa bawat isa. Sinisiguro nito na ang mga iridophores na asul at pilak ay pummeled sa mga direksyon mula sa lahat ng panig kung paano kumilos. Dahil may maraming mga signal, ang mga paminsan-minsang pagkabigo ay hindi masyadong nakakagambala sa mga pattern. Ang resulta: maaasahang guhitan.

Bakit ito mahalaga? Ang mga Zebrafish na gene ay nakakagulat na katulad ng mga pantao gene. Sa pag-unawa kung paano nakikipag-ugnayan ang mga pigment cell sa normal at mutated zebrafish, maaaring masimulan ng mga mananaliksik na iugnay ang mga gene sa kanilang function.

Ang kuwento ng kung paano bumuo ng zebrafish pattern ay hindi pa natatapos. Gayunpaman, sa susunod na oras na nakikita mo ang isang may guhit na isda, isaalang-alang ang pag-pause ng ilang sandali upang makilala ang lahat ng mga selula ng pigment sa trabaho na nililikha ang huwarang iyon. Ang mga maaasahan guhitan ay medyo darn kamangha-manghang.

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa The Conversation ng Alexandria Volkening. Basahin ang orihinal na artikulo dito.