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 con forma de dientes que poseen los tiburones. según una nueva investigación.

Científicos del Departamento de Ciencias Animales y Vegetales de la Universidad de Sheffield encontraron que la teoría de la reacción-difusión de Turing, ampliamente aceptada como método de modelado en el pelo de ratón y 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 energía durante el movimiento. Los científicos creen que estudiar el patrón podría ayudar a diseñar nuevos materiales inspirados en los tiburones para mejorar la eficiencia energética y del transporte.

Turing, antepasado de la computadora, ideó el sistema de reacción-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 papel, publicado hoy en la revista Avances de la ciencia , Los investigadores compararon el patrón de las escamas de tiburón con el de las plumas de pollo.

Descubrieron que los mismos genes centrales que subyacen al patrón de plumas también subyacen al desarrollo de las escamas de tiburón y sugieren que estos genes pueden estar involucrados en el patrón de otras estructuras diversas de la piel de vertebrados. como espinas y dientes.

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 agradables de expresión genética, 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 inician todo el proceso.

"Nos asociamos con un matemático para averiguar cuál es el patrón y si podemos modelarlo. Descubrimos que los dentículos de piel de tiburón están modelados con precisión a través de un conjunto de ecuaciones que Alan Turing, el matemático, científico informático y descifrador de códigos.

"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 como resultado diversos patrones de escala comparables a los que se ven en las especies de tiburones y rayas que viven en la actualidad.

Sugieren que las variaciones naturales del sistema de Turing pueden haber permitido la evolución de diferentes rasgos dentro de estos animales, incluyendo la provisión de reducción de resistencia y blindaje defensivo.

Rory Cooper, Doctor. estudiante de la Universidad de Sheffield, dijo:"Los tiburones pertenecen a un antiguo grupo de vertebrados, de largo separados de la mayoría de los otros vertebrados con mandíbulas. El estudio de su desarrollo nos da una idea de cómo podrían haber sido las estructuras de la piel al principio de la evolución de los vertebrados.

"Queríamos aprender sobre los procesos de desarrollo que controlan cómo se modelan estas diversas estructuras, y por 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 los patrones de escamas de tiburones, cuando los parámetros se ajustan adecuadamente.

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 habilitar su función en la reducción de la resistencia.

Por lo tanto, Esta investigación nos ayuda a comprender cómo estas propiedades reductoras del arrastre surgieron por primera vez en los tiburones, y cómo cambian entre diferentes especies ".

El modelado es un aspecto importante que contribuye a lograr la reducción de la resistencia en ciertas especies de tiburones. Otro es la forma de escamas individuales. Los investigadores ahora quieren examinar los procesos de desarrollo que subyacen a la variación de forma tanto dentro como entre diferentes especies de tiburones.

"Comprender cómo estos dos factores contribuyen a la reducción de la resistencia nos conducirá a la producción de mejoras, materiales inspirados en tiburones de amplia aplicación capaces de reducir la resistencia y ahorrar energía, "agregó el Sr. Cooper.