Wissenschaftler lösen endlich, wie Tiere ihre Streifen und Flecken bekommen

Wissenschaftler haben möglicherweise endlich das Rätsel gelöst, wie manche Tiere ihre Streifen und Flecken bekommen.

Es gibt viele Tiere, die diese Muster auf ihrer Haut oder ihrem Fell haben – darunter Tiger, Zebras und Giraffen, um nur einige zu nennen. Der natürliche Grund dafür blieb jedoch immer unklar, obwohl Biologen zuvor gezeigt haben, dass sie in einigen Fällen der Tarnung oder der Anlockung von Partnern dienen. Die Untersuchung der Gene allein erklärt nicht vollständig, wo und wie sich die Flecken oder Streifen entwickeln.

Eine neue Studie veröffentlicht in der Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte, fanden heraus, dass dies durch einen Prozess geschehen könnte, der als Diffusionsiophorese bekannt ist. Dies geschieht, wenn sich ein Molekül als Reaktion auf Konzentrationsänderungen durch eine Flüssigkeit bewegt. Dadurch kommt es auch zu einer Beschleunigung anderer Moleküle.

Vereinfacht ausgedrückt ist dies tatsächlich derselbe Vorgang, der auch beim Wäschewaschen abläuft. Ohne sie würde die Wäsche nicht sauber werden.

„Wir waren von den Ergebnissen ziemlich überrascht. Diffusiophorese ist ein aktives Forschungsgebiet …“, sagte Ankur Gupta, korrespondierender Autor der Studie, Assistenzprofessor am Department of Chemical and Biological Engineering der University of Colorado Boulder Newsweek.

„Es wurde für Anwendungen wie membranlose Wasserfilter und kostengünstige Diagnosewerkzeuge eingesetzt und hat sich auch bei der Entfernung von Schmutz aus der Wäsche als entscheidend erwiesen. Allerdings war die Bedeutung der Diffusiophorese im Zusammenhang mit Turing-Mustern zuvor nicht erkannt worden.“ . Unsere Studie legt nahe, dass die Diffusiophorese ein grundlegender Prozess ist und weitreichende Auswirkungen hat, die bis zur Musterbildung auf Tierhäuten reichen.“

Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, testeten Gupta und Benjamin Alessio, der Erstautor der Arbeit und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Chemie- und Bioingenieurwesen, die Theorie anhand des Musters eines Kofferfisches. Sie erstellten eine Simulation eines lila-schwarzen sechseckigen Musters – ähnlich dem Muster eines Kofferfisches – unter Verwendung der sogenannten Turing-Gleichung, berichtete die Studie.

Diese Gleichung wurde in den 1950er Jahren von Alan Turing erfunden, als er entdeckte, dass sich mit der Entwicklung von Geweben auch chemische Wirkstoffe entwickeln.

Diese chemischen Wirkstoffe diffundieren dann durch das Gewebe. Wenn diese Wirkstoffe reagieren, bilden sich manchmal Flecken. Wenn sie sich bilden, entstehen manchmal Lücken zwischen den Flecken. Turing stellte die Hypothese auf, dass die Muster eines Tieres nicht durch komplexe Genetik, sondern durch Diffusionsreaktionen gebildet werden.

Beim Testen der Simulation fügten die Forscher den Turing-Gleichungen Diffusiophorese hinzu. Und das Ergebnis zeigte ein helles und scharfes sechseckiges Muster, das dem eines Kofferfisches sehr ähnlich war.

„Dieser Forschungsbereich ist wichtig, denn wenn wir die Musterbildung auf Tierhaut verstehen, könnten wir beispielsweise künstliche Hautflecken erzeugen, die ihre Muster ändern können, beispielsweise von Streifen zu Sechsecken, indem sie Konzentrationsänderungen erkennen.“ sagte Gupta.

„Dies könnte Anwendungen für die nicht-invasive Erkennung von Biomarkern im Körper haben, die bei der frühen medizinischen Diagnose hilfreich sein könnten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, diese Pflaster zu verwenden, um Unterschiede in der chemischen Konzentration in der Luft zu erfassen. Durch die Änderung der Muster könnten diese Pflaster die verbessern.“ Sicherheit von Soldaten, die unter gefährlichen Bedingungen eingesetzt werden.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei der Diffusion chemischer Wirkstoffe durch das Gewebe Pigmente durch Diffusionsiophorese mitgerissen werden – auch dies ähnelt der Art und Weise, wie beim Waschen Schmutz von der Kleidung gelöst wird.

Das Endergebnis ist eine klare Kontur aus Flecken und Streifen.

„Die aktuelle Forschung konzentriert sich größtenteils auf kugelförmige Partikel. In Wirklichkeit besitzen die Zellen, die für die Färbung der Haut verantwortlich sind, anisotrope Formen“, sagte Gupta. „Deshalb sollte sich zukünftige Arbeit auf die Untersuchung der Auswirkungen der Form konzentrieren. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, die Gültigkeit des Modells durch den Vergleich der Daten mit Experimenten zu verbessern. Schließlich könnte zukünftige Forschung die spezifischen biochemischen Wege untersuchen, die für die Bildung dieser Muster erforderlich sind.“ bei Tieren.“

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