Un sistema propuesto por el descifrador de códigos de la Segunda Guerra Mundial Alan Turing hace más de 60 años puede explicar el patrón de escamas en forma de diente que poseen los tiburones, según una nueva investigación.
Los científicos del Departamento de Ciencias Animales y Vegetales de la Universidad de Sheffield descubrieron que la teoría de la reacción-difusión de Turing, ampliamente aceptada como método de diseño en el pelo del ratón y las plumas de pollo, también se aplica a las escamas de tiburón.
Los hallazgos pueden explicar cómo ha evolucionado el patrón de escamas de tiburón para reducir la resistencia al nadar, ahorrando así energía durante el movimiento. Los científicos creen que estudiar el patrón podría ayudar a diseñar nuevos materiales inspirados en tiburones para mejorar la energía y la eficiencia del transporte.
A Turing, antepasado de la computadora, se le ocurrió el sistema de reacción y difusión que se publicó en 1952, dos años antes de su muerte. Sus ecuaciones describen cómo las señales moleculares pueden interactuar para formar patrones complejos.
En el documento, publicado hoy 7 de noviembre de 2018 en la revista Avances científicos , los investigadores compararon el diseño de escamas de tiburón con el de las plumas de pollo.
Descubrieron que los mismos genes centrales que subyacen al diseño de plumas también subyacen al desarrollo de escamas de tiburón y sugieren que estos genes pueden estar involucrados en el diseño de otras estructuras diversas de la piel de vertebrados, como las espinas y los dientes
El Dr. Gareth Fraser, anteriormente de la Universidad de Sheffield y ahora en la Universidad de Florida, dijo: "Comenzamos a observar a los polluelos y cómo desarrollan sus plumas. Encontramos estas líneas muy bonitas de expresión génica en ese patrón donde aparecen estas manchas"que eventualmente se convierten en plumas. Pensamos que tal vez el tiburón hace algo similar, y encontramos dos filas en la superficie dorsal, que comienzan todo el proceso.
"Nos asociamos con un matemático para descubrir cuál es el patrón y si podemos modelarlo. Descubrimos que los dentículos de piel de tiburón están diseñados precisamente a través de un conjunto de ecuaciones que Alan Turing: el matemático, el informático y el códigointerruptor - se le ocurrió.
"Estas ecuaciones describen cómo interactúan ciertas sustancias químicas durante el desarrollo animal y descubrimos que estas ecuaciones explican el patrón de estas unidades".
Los investigadores también demostraron cómo ajustar las entradas del sistema de Turing puede dar lugar a diversos patrones de escala comparables a los que se ven en las especies de tiburones y rayas vivas en la actualidad.
Sugieren que las variaciones naturales del sistema de Turing pueden haber permitido la evolución de diferentes rasgos dentro de estos animales, incluida la provisión de reducción de resistencia y armadura defensiva.
Rory Cooper, estudiante de doctorado en la Universidad de Sheffield, dijo: "Los tiburones pertenecen a un antiguo grupo de vertebrados, separados por mucho tiempo de la mayoría de los otros vertebrados con mandíbula. Estudiar su desarrollo nos da una idea de cómo podrían haber sido las estructuras de la piel al principio de los vertebradosevolución.
"Queríamos aprender sobre los procesos de desarrollo que controlan cómo se modelan estas estructuras diversas y, por lo tanto, los procesos que facilitan sus diversas funciones".
Los científicos utilizaron una combinación de técnicas que incluyen el modelado de reacción-difusión para crear una simulación basada en las ecuaciones de Turing, para demostrar que su sistema puede explicar el patrón de escala de tiburón, cuando los parámetros se ajustan adecuadamente.
Sr. Cooper agregó: "Los científicos e ingenieros han estado tratando de crear materiales inspirados en la piel de tiburón para reducir la resistencia y aumentar la eficiencia durante la locomoción, tanto de personas como de vehículos, durante muchos años".
"Nuestros hallazgos nos ayudan a comprender cómo se modelan las escamas de tiburón, que es esencial para permitir su función en la reducción de la resistencia al avance".
Por lo tanto, esta investigación nos ayuda a comprender cómo estas propiedades reductoras de arrastre surgieron por primera vez en los tiburones y cómo cambian entre las diferentes especies ".
El patrón es un aspecto importante que contribuye a lograr la reducción de arrastre en ciertas especies de tiburones. Otro es la forma de escalas individuales. Los investigadores ahora quieren examinar los procesos de desarrollo que subyacen a la variación de la forma dentro y entre las diferentes especies de tiburones.
"Comprender cómo estos dos factores contribuyen a la reducción de la resistencia al avance llevará a la producción de materiales inspirados en tiburones mejorados y ampliamente aplicables capaces de reducir la resistencia y ahorrar energía", agregó el Sr. Cooper.
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Materiales proporcionados por Universidad de Sheffield . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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