Una teoría de Alan Turing descifra el patrón de las escamas de tiburón

Un sistema propuesto por el descifrador de códigos de la Segunda Guerra Mundial Alan Turing, puede explicar el patrón de las escamas con forma de diente que poseen los tiburones. Científicos del Departamento de Ciencias Animales y Vegetales de la Universidad de Sheffield, en Reino Unido, descubrieron que la teoría de la reacción y difusión de Turing, ampliamente aceptada como el método de modelado en el pelo del ratón y las plumas de pollo, también se aplica a las escamas de tiburón.

Los hallazgos pueden explicar cómo el patrón de las escamas de tiburón ha evolucionado para reducir la resistencia al nadar, lo que ahorra energía durante el movimiento. Los científicos creen que estudiar los patrones podría ayudar a diseñar nuevos materiales inspirados en tiburones para mejorar la eficiencia de la energía y el transporte.

Una teoría de Alan Turing descifra el patrón de las escamas de tiburón

Turing 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 documento, publicado este miércoles en la revista 'Science Advances', los investigadores compararon el patrón de las escamas de tiburón con el de las plumas de pollo.

Los autores descubrieron que los mismos genes centrales que subyacen en el patrón de las plumas también subyacen en el desarrollo de escamas de tiburón y sugieren que estos genes podrían estar involucrados en el patrón de otras estructuras diversas de la piel de los vertebrados, como la columna vertebral y los dientes.

"Comenzamos a observar a los polluelos y cómo desarrollan sus plumas. Encontramos líneas muy bonitas de expresión genética que siguen el patrón donde aparecen manchas que eventualmente crecen en plumas. Pensamos que tal vez el tiburón hace algo similar y encontramos dos filas en la superficie dorsal, que inician todo el proceso", cuenta en un comunicado el doctor Gareth Fraser, exmiembro de la Universidad de Sheffield y ahora en la Universidad de Florida.

Los hallazgos pueden explicar cómo el patrón de las escamas de tiburón ha evolucionado para reducir la resistencia al nadar, lo que ahorra energía durante el movimiento.

Según indica, al equipo se sumó un matemático para descubrir cuál es el patrón y si podían modelarlo. "Descubrimos que los dentículos de la piel de tiburón se modelan de manera precisa a través de un conjunto de ecuaciones que Alan Turing (matemático, informático y descifrador de códigos) ideó --añade--. Estas ecuaciones describen cómo interactúan ciertos químicos durante el desarrollo animal y encontramos que estas ecuaciones explican el patrón de estas unidades".

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Reducción de la resistencia

Los investigadores también demostraron cómo ajustar las entradas del sistema de Turing puede dar lugar a patrones de escala diversa comparables a los observados en las especies de tiburones y rayas actuales. Sugieren que las variaciones naturales del sistema de Turing pueden haber permitido la evolución de diferentes rasgos dentro de estos animales, incluida la provisión de reducción de la resistencia y la armadura defensiva.

Los tiburones pertenecen a un antiguo grupo de vertebrados, separados durante mucho tiempo de la mayoría de los otros vertebrados con mandíbulas. "Estudiar su desarrollo nos da una idea de cómo podrían haber sido las estructuras de la piel en una etapa temprana de la evolución de los vertebrados --comenta Rory Cooper, estudiante de doctorado de la Universidad de Sheffield--. Queríamos aprender sobre los procesos de desarrollo que controlan cómo se modelan estas diversas estructuras y, por lo 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 con el fin de demostrar que su sistema puede explicar el patrón de las escamas de tiburón, cuando se ajustan adecuadamente los parámetros.

"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", dice Cooper. Y agrega: "Nuestros hallazgos nos ayudan a comprender cómo se modelan las escalas de tiburones, lo cual es esencial para habilitar su función de reducción de la resistencia aerodinámica".

Por lo tanto, esta investigación ayuda a comprender, según el científico, cómo surgieron por primera vez estas propiedades reductoras de la resistencia aerodinámica en los tiburones y cómo cambian entre diferentes especies. "El patrón es un aspecto importante que contribuye a lograr la reducción de la resistencia aerodinámica en ciertas especies de tiburones y otro es la forma de las escamas individuales", apunta.

Los investigadores ahora quieren examinar los procesos de desarrollo que subyacen a la variación de la forma dentro y entre las diferentes especies de tiburones. "Esperamos que comprender cómo estos dos factores contribuyen a la reducción de la resistencia conduzca a la producción de mejores materiales inspirados en tiburones y de amplia aplicación, capaces de reducir la resistencia y ahorrar la energía", destaca Cooper.

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