Un sistema proposto dal decifratore della seconda guerra mondiale Alan Turing più di 60 anni fa può spiegare lo schema di squame simili a denti possedute dagli squali, secondo nuove ricerche.

Gli scienziati del Dipartimento di Scienze animali e vegetali dell'Università di Sheffield hanno scoperto che la teoria della reazione-diffusione di Turing, ampiamente accettata come metodo di modellazione nei peli di topo e nelle piume di pollo, si applica anche alle squame degli squali.

I risultati possono spiegare come si è evoluto il modello delle squame di squalo per ridurre la resistenza durante il nuoto, risparmiando così energia durante il movimento. Gli scienziati ritengono che lo studio del modello potrebbe aiutare a progettare nuovi materiali ispirati agli squali per migliorare l'efficienza energetica e dei trasporti.

Turing, capostipite del computer, ha inventato il sistema di reazione-diffusione che è stato pubblicato nel 1952, due anni prima della sua morte. Le sue equazioni descrivono come i segnali molecolari possono interagire per formare schemi complessi.

Nella carta, pubblicato oggi sulla rivista Progressi scientifici , i ricercatori hanno confrontato il modello delle squame di squalo con quello delle piume di pollo.

Hanno scoperto che gli stessi geni fondamentali alla base del pattern delle piume sono anche alla base dello sviluppo delle squame di squalo e suggeriscono che questi geni potrebbero essere coinvolti nel patterning di altre diverse strutture della pelle dei vertebrati, come spine e denti.

Dottor Gareth Fraser, precedentemente dell'Università di Sheffield e ora dell'Università della Florida, ha dichiarato:"Abbiamo iniziato a guardare i pulcini e il modo in cui sviluppano le loro piume. Abbiamo trovato queste linee molto belle di espressione genica quel modello in cui appaiono queste macchie che alla fine si trasformano in piume. Abbiamo pensato che forse lo squalo fa una cosa simile, e abbiamo trovato due file sulla superficie dorsale, che avviano l'intero processo.

"Abbiamo collaborato con un matematico per capire qual è il modello e se possiamo modellarlo. Abbiamo scoperto che i denticoli della pelle di squalo sono modellati con precisione attraverso una serie di equazioni che Alan Turing, il matematico, scienziato informatico e il decifratore di codice, si avvicinò.

"Queste equazioni descrivono come alcune sostanze chimiche interagiscono durante lo sviluppo degli animali e abbiamo scoperto che queste equazioni spiegano lo schema di queste unità".

I ricercatori hanno anche dimostrato come la modifica degli input del sistema di Turing può portare a diversi modelli di scala paragonabili a quelli osservati nelle specie di squali e razze viventi oggi.

Suggeriscono che le variazioni naturali al sistema di Turing potrebbero aver consentito l'evoluzione di tratti diversi all'interno di questi animali, compresa la fornitura di riduzione della resistenza e armatura difensiva.

Rory Cooper, dottorato di ricerca studente all'Università di Sheffield, disse:"Gli squali appartengono a un antico gruppo di vertebrati, lungamente separato dalla maggior parte degli altri vertebrati mascellari. Studiare il loro sviluppo ci dà un'idea di come potevano essere apparse le strutture della pelle all'inizio dell'evoluzione dei vertebrati.

"Volevamo conoscere i processi di sviluppo che controllano il modo in cui queste diverse strutture sono modellate, e quindi i processi che facilitano le loro varie funzioni."

Gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di tecniche tra cui la modellazione reazione-diffusione per creare una simulazione basata sulle equazioni di Turing, per dimostrare che il suo sistema può spiegare lo schema a squame, quando i parametri sono regolati in modo appropriato.

Cooper ha aggiunto:"Scienziati e ingegneri hanno cercato di creare materiali ispirati alla pelle di squalo per ridurre la resistenza e aumentare l'efficienza durante la locomozione, di persone e veicoli, per molti anni.

"I nostri risultati ci aiutano a capire come sono modellate le squame degli squali, che è essenziale per consentire la loro funzione nella riduzione della resistenza.

Perciò, questa ricerca ci aiuta a capire come queste proprietà di riduzione della resistenza siano nate per la prima volta negli squali, e come cambiano tra le diverse specie."

Il patterning è un aspetto importante che contribuisce a ridurre la resistenza aerodinamica in alcune specie di squali. Un altro è la forma delle singole scale. I ricercatori ora vogliono esaminare i processi di sviluppo che sono alla base della variazione di forma sia all'interno che tra le diverse specie di squali.

"Capire come entrambi questi fattori contribuiscono alla riduzione della resistenza, si spera, porterà alla produzione di migliori, materiali ispirati agli squali ampiamente applicabili in grado di ridurre la resistenza e risparmiare energia, " ha aggiunto il signor Cooper.