Родено е жирафче без петна. Как жирафите получават петна (видео)

Ваня Милева Последна промяна на 23 август 2023 в 00:01 3343 0

Кредит Bright's Zoo/WHJL

На 31 юли зоопаркът Брайтс в Тенеси посрещна ново женско бебе жираф без никакви петна, което се смята за единствено в света. Козината му е плътно кафява.

Жирафът може би е единствен по рода си. Въпреки че учените признават, че неговият вид, мрежестите жирафи (Giraffa reticulata), се раждат без петна в много редки случаи, няма друг известен пример, живеещ където и да е на Земята според служители в зоопарка Брайтс.

Поне – не през последните години. Все пак има сведения за жираф без петна, роден в зоопарк в Япония през 70-те години на миналия век, но липсват снимки онлайн.

Отличителните петна от тъмна козина, открити при мрежестите жирафи, не са произволни по шарка или форма, а са наследени от майка им.

Смята се, че отличителните шарки осигуряват камуфлаж, което предполага, че индивидите, родени без тях, може да им е трудно да се скрият от хищниците в дивата природа.

Като се имат предвид рисковете, възможно е жирафът без петна в Тенеси да е по-добре в плен. Само няколко седмици след раждането си тя вече е висока 1.80 м.

В едно проучване е установено, че малките жирафчета с по-големи петна с по-неправилна форма имат по-добър шанс за оцеляване след няколко месеца живот. Въпреки че това е само корелация и петната също така може да играят роля във визуалната комуникация или контрола на температурата.

От десетилетия жирафите тихо изчезват, най-вече поради загубата на местообитания, войни и бракониерство. През последните 30 години популацията в Африка е намаляла с 40%, оставяйки само 16 000 останали мрежести жирафа.

Източник: Adorable Baby Giraffe Without Spots Might Be One of a Kind, sciencealert

Механизмът, определящ шарките на животните

Дейвид Юнг доразвива идеята на Тюринг на базата на клетъчните автомати.

Още в ранния зародиш кожата на леопарда (или тигъра, зебрата, жирафа ... ) се покрива с равномерно с меланоцити (клетки пигмент). Тези клетки могат да са в едно от двете състояния:

  • различаваща се (D) и
  • неразличима (U).

Цветът се произвежда само в D-клетките. Освен това, D-клетките отделят два морфогена:

  • активатор (A) и
  • инхибитор (I) - обратното на активатор.

Двата химикала се разпръскват от всяка D-клетка и тяхната концентрация намалява с отдалечаване от D-клетката. 

А-концентрацията е най-голяма около D-клетката, но отслабва по-бързо от I-концентрацията. Така на известно разстояние от D-клетката, I-концентрацията започва да превишава А-концентрацията от тази клетка.

Всяка клетка постоянно се изпълва с А и I морфогени от всички съседни D-клетки. Ако в U-клетката, А-концентрацията превишава I-концентрацията, клетката става D и започва сама да отделя морфогени. Ако в D- клетката, I-концентрацията превишава А-концентрацията, клетката става U и престава да произвежда морфогени.

Смята се, че еволюцията на окраската на животинските кожи е форма на самоорганизация на D-клетките и произтича от току-що описаните химически цикли.

Дейвид Юнг представя модела на кожата на животното като квадратен масив от клетки меланоцити в едно от двете състояния:

  • жива (за различаваща се D-клетка) и
  • мъртва (за неразличима U-клетка).

Приема се, че морфогенното разсейване има форма на кръг. който има радиус, например 6 клетки. Всяка D-клетка в границите на този кръг отделя морфогени, които достигат централната клетка. Ако D-клетката е достатъчно близо до центъра (да кажем в пределите на кръг с радиус 3 от центъра), тогава тя внася А-морфогени в централната клетка. Всяка D-клетка на разстояние повече от 3 от центъра (но все пак не далече от 6) внася I-морфогени в централната клетка. Юнг приема А-концентрацията за единица, константа за всички D-клетки в радиус 3 от центъра, а за I-концентрацията - някакво друго число w, константа за всички D-клетки в пръстеновидната област между 3 и 6 от центъра.

След това се действа по правилото на клетъчните автомати: преброяваме всички D-клетки в този пръстен и наричаме това число ID, преброяваме всички D-клетки в кръга с радиус 3 и наричаме това число AD.

Ако AD - w*ID > 0 централната клетка става D (различаваща се),
Ако AD - w*ID < 0 централната клетка става U (неразличима),
Ако AD - w*ID = 0 централната клетка остава без промени.

Анимацията показва десет генерации за масив 80/80, започваща в началото с произволно разпределение. От кадър в кадър се променя само w ( параметър, означаващ концентрацията на инхибитора) . Имайте предвид, че при малка концентрация на инхибитора, болшинството клетки стават различаващи се (черни), а когато концентрацията на инхибитора расте, окраската се развива от ивици в черни точки на бял (неразличаващ се) фон.

Поставете мишката върху желаната стойност на w .
0.8 0.9 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20

В показаната анимация полученото изображение не прилича на вертикалните ивици на зебрата и тигъра, но то може да стане чрез модификация на модела - ако областта вече не е кръгла, а елипсовидна, а областта на активизатора - по-малка елипса с дълга ос, перпендикулярна на дългата ос на голямата елипса.

В биологичните системи, тези елипсовидни области са белег на това, че има някакви механични усилия, намесващи се в работата допълнително към чисто биохимическата дифузия, но това е извън темата ни. А какво би станало, ако осите на елипсите не са перпендикулярни?

Благодарение на този механизъм, за да се предава по наследство окраската на кожата е необходимо да се предава само специфичната за вида концентрация на инхибитора.

Вероятно по същия механизъм се образуват шарките не само на бозайниците. Забележете тялото на морския охлюв на снимката вдясно. Не повтарят ли точно симулацията по-горе за w=0.13?

Тюринг публикува изследванията си през 1952г., но първото експериментално потвърждение на идеите му става през 1998г. Следват серия от други доказателства и днес статията Тюринг вече се е превърнала в класика. На нея се позовават не само химици и физици, но и много биолози, които изучават подобни процеси у живите същества и то не само процесите, водещи до появата на ивици или петна. Те са само частен случай на по-общ процес.

"Ако има два процеса, които действат [като активатор и инхибитор], винаги може да получите като резултат периодични модели", казва Джереми Грийн (Jeremy B.A. Green), биолог-изследовател, съавтор на публикацията Periodic stripe formation by a Turing-mechanism operating at growth zones in the mammalian palate. Той и колегите му са установили, че две химически вещества, които се държат като активатор и инхибитор, водят до равномерно разположени набраздявания в устата в миши ембриони. Когато изследователите увеличават или намаляват активността на тези химикали, моделът се променя точно както предсказват уравненията на Тюринг .

Моделът на Тюринг описва всякакъв растеж на биологичните системи, при които размножаващите се на едно място клетки се разпространяват (дифузират) в съседните области. Такива процеси водят, както показват проучванията, до появата подобни на Тюринговите модели.

Източници:

Fractal Geometry - Yale University
When Math Meets Nature: Turing Patterns and Form Constants
Biologists Home in on Turing Patterns
Turing's model for biological pattern formation and the robustness problem
Periodic stripe formation by a Turing-mechanism operating at growth zones in the mammalian palate
Pattern formation
Alan Turing’s Patterns in Nature, and Beyond
Полоски зебры с точки зрения науки
Scientists Explain a Fundamental Equation of Life

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !