Būtībā tas ir simetrijas laušanas veids. Jebkuri divi procesi, kas darbojas kā aktivators un inhibitors, radīs periodiskus modeļus, un tos var modelēt, izmantojot Tjūringa difūzijas funkciju. Izaicinājums virzās no Tjūringa vienkāršotā modeļa uz precīzu mehānismu noteikšanu, kas darbojas aktivatora un inhibitora lomās.
Tas ir īpaši sarežģīti bioloģijā. Saskaņā ar šī jaunākā raksta autoriem klasiskā pieeja Tjūringa mehānismam līdzsvaro reakciju un difūziju, izmantojot vienu garuma skalu, wager bioloģiskajos modeļos bieži ir iekļautas daudzskalu struktūras, graudainiem faktūras vai noteiktas raksturīgas nepilnības. Un iegūtie raksti bieži ir daudz neskaidrāki nekā dabā sastopamie.
Vai jūs varat teikt “difūzijasferoze”?
Simulēti sešstūra un svītru raksti, kas iegūti, difūzijas veidā saliekot divu veidu šūnas virs ķīmiskajiem rakstiem.
Kredīts: Siamak Mirfendereski un Ankur Gupta/CU Boulder
2023. gadā UCB bioķīmiskie inženieri Ankur Gupta un Benjamin Alessio izstrādāja jauns modelis kas pievienoja maisījumam difūzoferozi. Tas ir course of, kurā koloīdi tiek transportēti, izmantojot atšķirības izšķīdušo vielu koncentrācijas gradientos – tas pats course of, kurā ziepes izkliedējas no veļas ūdenī, izvelkot no auduma netīrumu daļiņas. Gupta un Alesio veiksmīgi izmantoja savu jauno modeli, lai simulētu raksturīgo sešstūra rakstu (miņus purpursarkanā un melnā krāsā) uz greznajām kārbzivs, kuras dzimtene ir Austrālija, panākot daudz asākas kontūras nekā Tjūringa sākotnēji ierosinātais modelis.
Problēma bija tā, ka simulācijas radīja pārāk perfektus modeļus: sešstūrus, kas visi bija vienāda izmēra un formas un identiskā attālumā viens no otra. Turpretim dzīvnieku modeļi dabā nekad nav pilnīgi viendabīgi. Tāpēc Gupta un viņa UCB līdzautors šajā jaunākajā dokumentā Siamak Mirfendereski izdomāja, kā pielāgot modeli, lai iegūtu vēlamo modeļa izvadi. Viss, kas viņiem bija jādara, bija noteikt konkrētus izmērus atsevišķām šūnām. Piemēram, lielākas šūnas rada biezākas kontūras, un, kad tās apvienojas, tās rada plašākus modeļus. Un dažreiz šūnas iestrēgst un sadala svītru. Viņu pārskatītās simulācijas radīja modeļus un faktūras, kas ir ļoti līdzīgas dabā sastopamajām.
“Nepilnības ir visur dabā” teica Gupta. “Mēs ierosinājām vienkāršu ideju, kas var izskaidrot, kā šūnas pulcējas, lai radītu šīs variācijas. Mēs smeļamies iedvesmu no nepilnīgā skaistuma [a] dabisko sistēmu un ceram izmantot šīs nepilnības jauna veida funkcionalitātei nākotnē. Iespējamie turpmākie pielietojumi ietver “gudrus” maskēšanās audumus, kas var mainīt krāsu, lai labāk saplūst ar apkārtējo vidi, vai efektīvākas mērķtiecīgas zāļu piegādes sistēmas.
Matter, 2025. DOI: 10.1016/j.matt.2025.102513 (Par DOI).
