Alan Turing voorspelde dat haaien en vogels een verrassende functie delen

Patronen zijn overal in de natuur, van de kleuren van Jupiter tot de strepen van een zebravis. Patronen verschijnen zelfs bij heel verschillende dieren. Wetenschappers weten al lang dat de haren van zoogdieren en de veren van vogels een bepaald patroon volgen en dat er nieuw onderzoek wordt gepubliceerd Science Advances laat zien dat haaienschubben hetzelfde patroon volgen.

In het artikel, gepubliceerd op 7 november, heeft een team van onderzoekers vastgesteld hoe de denticles van haaien - de kleine V-vormige schubben die hun lichaam bedekken - het patroon volgen dat wordt geïdentificeerd door Alan Turing's reactie-diffusietheorie. Deze theorie, die de codebreaking wiskundige gepubliceerd in 1952, schetst hoe moleculen in biologische systemen kunnen leiden tot bepaalde patronen. Deze patronen, die wetenschappers sindsdien hebben gevonden, kunnen de ontwikkeling van haarzakjes en verenpatronen nauwkeurig beschrijven. Haaien komen nu bij de dierenlijst waarvan Turing de aanhangsels voorspelde.

Gareth Fraser, Ph.D., een assistent-professor van evolutionaire ontwikkelingsbiologie aan de Universiteit van Florida, werkte aan het onderzoek aan de Universiteit van Sheffield in het Verenigd Koninkrijk. Hij zag voor het eerst iets interessants in het DNA van kippen, terwijl hij de manier waarop ze hun veren ontwikkelen, onderzocht.

"We vonden deze zeer mooie lijnen van genexpressie die patroon waar deze vlekken verschijnen die uiteindelijk uitgroeien tot veren," zei Fraser. "We dachten dat de haai iets soortgelijks doet en we vonden twee rijen op het dorsale oppervlak, die het hele proces starten."

Door middel van genetische analyse en een genetisch inhibitie-experiment in de kleine-gespotte hond (Scyliorhinus canicula), remden wetenschappers sommige genen om tot expressie te worden gebracht in haaienembryo's - vergelijkbare genen als die het kippenontwikkelingsproces controleren. Toen ze dit deden, ontdekten ze dat ze konden voorkomen dat bepaalde rijen schalen zich ontwikkelden, wat het idee ondersteunt dat de aanhangsels van kippen en haaien worden gecontroleerd door een vergelijkbare reeks genetische informatie.

Maar ze wilden ook weten of de patronen van de haaienschubben passen bij Turing's wiskunde.

"We werkten samen met een wiskundige om erachter te komen wat het patroon is en of we het kunnen modelleren. We ontdekten dat de dentines van de haaienhuid precies gevormd zijn door een reeks vergelijkingen die Alan Turing - de wiskundige, computerwetenschapper en de codebreker - bedacht, "zei Fraser. Hij en zijn collega's ontdekten dat de reactie-diffusievergelijkingen van Turing overeenkwamen met wat ze waarnamen op de denticles van de haaien, zoals te zien is in de video van een CT-scan hierboven.

Rory Cooper, een Ph.D. student aan de University of Sheffield en de eerste auteur van het papier, legden uit dat haaienhuid, aangezien haaien tot een uiterst oude vertakking van evolutie van gewervelde dieren behoren, wetenschappers een beter idee kan geven van de huidaanhangsels van vertebraten - zoals haar en schubben - die eruit zagen als zeer vroegtijdig.

"We wilden leren over de ontwikkelingsprocessen die bepalen hoe deze verschillende structuren worden gemodelleerd, en dus de processen die hun verschillende functies mogelijk maken," zei hij.