У природы своеобразное чувство юмора. Что общего между зеброй и сперматозоидами: знают математики

Куда бы не посмотрели математики, они, похоже, способны найти закономерности во всем. Даже в таких, казалось бы, далеких вещах как формирование полос у зебры и плавание сперматозоидов, пишет Science Alert.

В ходе нового исследования ученые взяли за основу то, как формируются у организмов полосы и пятна. Затем математики проанализировали узоры, создаваемые жужжащими жгутиками сперматозоидов. Отметим, что данная работа восходит к английскому математику Алану Тьюрингу, который предложил идею о том, как в природе возникают волнистые или пятнистые узоры.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Еще в 1952 году Тьюинг открыл реакционно-диффузионную основу химических структур, которая предполагает, что формирование биологического паттерна может на самом деле быть результатом реакции двух молекул диффундирующих в пространстве.

В новом исследовании прикладной математик и инженер по робототехнике из Бристольского университета Гермес Блумфилд-Гаделья продолжил эту работу. В результате им с коллегами удалось показать, что в клеточном мире жгутик использует шаблон Тьюринга для формирования движений, приводящих в движение хвост, толкающий сперму вперед.

Отметим, что в современном мире ученые уже давно обсуждают модели Тьюринга, рассуждая о том, насколько они реалистичны. Как и в любой математической модели, они упрощают сложную природу до нескольких параметров. Авторы исследования отмечают, что в ходе исследования они изолировали основные элементы жгутикового биения в минимальной модели и обнаружили, что динамика реакции-диффузии хорошо объясняет наблюдаемые закономерности движения жгутика.

Простыми словами, колебательная динамика оказалась аналогична той, что наблюдается в химических системах. Фактически биение жгутика начинается с молекулярных двигателей в его основании, а затем создает колебания, которые волнообразно расшатывают его гибкую структуру. На самом деле этот процесс можно смоделировать с помощью динамики реакции-диффузии и эти процессы в действительности создают ленточные узоры.

По словам Блумфилд-Гаделья, на первый взгляд исследование может показаться забавой. Однако авторы настаивают, что моделирование механизмов жгутиков сперматозоидов в действительности может иметь серьезные последствия для нашего понимания их подвижности. А это в свою очередь влияет на фертильность мужчин. Поэтому ученые считают, что проделанная ими работа может оказаться весьма полезной.

Ранее Фокус писал о том, что математика имеет биологическое происхождение: что выяснили ученые.