Alan Turing forutslo at haier og fugler deler en overraskende funksjon

Mønstre er overalt i naturen, fra fargene til Jupiter til en sebrafisk striper. Mønstre vises til og med over svært forskjellige dyr. Forskere har lenge kjent at pattedyrs og fuglefjær følger et bestemt arrangement, og ny forskning publisert i Science Advances viser at hai-skalaer følger samme mønster.

I papiret, publisert 7. november, identifiserte et lag forskere hvordan hajarens denticles - de små, V-formede skalaene som dekker deres kropper - følger mønsteret identifisert av Alan Turings reaksjonsdiffusjonsteori. Denne teorien, som den kodende matematikeren publiserte i 1952, skisserer hvordan molekyler i biologiske systemer kan gi opphav til bestemte mønstre. Disse mønstrene, forskere har funnet siden, kan nøyaktig beskrive utviklingen av hårsekk og fjermønster. Nå deltar haier på listen over dyr som vedlegger Turing spådd.

Gareth Fraser, Ph.D., en assisterende professor i evolusjonær utviklingsbiologi ved University of Florida, jobbet med forskningen mens hun var på universitetet i Sheffield i Storbritannia. Han la merke til noe interessant i kyllingens DNA mens han undersøkte måten de utvikler sine fjær på.

"Vi fant disse veldig fine linjene med genuttrykk som mønsteret der disse flekkene ser ut som til slutt vokser til fjær," sa Fraser. "Vi trodde kanskje haien gjør en lignende ting, og vi fant to rader på dorsaloverflaten, som starter hele prosessen."

Gjennom genetisk analyse og et genetisk inhiberingseksperiment i den småflekkede katsharken (Scyliorhinus canicula), forhindret forskere noen gener fra å bli uttrykt i haiembryoner - lignende gener som de som kontrollerer fjærutviklingsprosessen hos kyllinger. Da de gjorde dette, fant de at de kunne forhindre at visse rader av skalaer utviklet, noe som støtter ideen om at kyllingernes og hajarens vedlegg styres av et lignende sett av genetisk informasjon.

Men de ønsket også å finne ut om hajens skalaer passer til Turing's matte.

"Vi lagde sammen en matematiker for å finne ut hva mønsteret er og om vi kan modellere det. Vi fant at hajhud-dentikler nettopp er mønstret gjennom et sett med ligninger som Alan Turing - matematiker, datavitenskapsmann og kodebryteren - kom opp med, "sa Fraser. Han og hans kollegaer oppdaget at Turings reaksjons-diffusjonsligninger stemte overens med hva de observert på hajens denticles, vist i videoen av en CT-skanning ovenfor.

Rory Cooper, en Ph.D. student ved University of Sheffield og papirets første forfatter, forklarte at siden haier tilhører en ekstrem gammel utgave av vertebratutviklingen, kan studier av haihud gi forskere en bedre ide om hva hvirveldyrs hudtilskudd - som hår og skalaer - så ut som veldig tidlig på.

"Vi ønsket å lære om utviklingsprosesser som styrer hvordan disse ulike strukturer er mønstrede, og derfor prosessene som letter deres ulike funksjoner," sa han.