Die von Alan Turing vorgeschlagene Theorie erklärt die Muster zahnförmiger Schuppen, die bei Haien vorkommen. 

Zahnförmige Schuppen von Haien und Hühnerfedern werden nach dem gleichen Verfahren hergestellt und durch eine Theorie des legendären Codebrechers Alan Turing erklärt.

Seine Theorie der Reaktionsdiffusion ist weithin anerkannt als die Art und Weise, wie viele Tiere einzigartige Muster in ihren Federn, Pelzen, Zähnen und Zähnen erhalten.

Sie wurde nun auf die Entwicklung von Haischuppen ausgedehnt – eine Gruppe von Tieren, die sehr weit entfernt mit den anderen bekannten Tieren verwandt sind.

Die Ergebnisse helfen zu erklären, wie sich die Schuppen eines Haies entwickelt haben, um den Luftwiderstand zu reduzieren und beim Schwimmen energieeffizienter zu sein.

Wissenschaftler glauben, dass diese Musterung dazu beitragen könnte, haifisch inspirierte Materialien zur Verbesserung der Energieeffizienz zu entwickeln.

Alan Turing entwickelte das brillante Reaktions-Diffusionssystem 1952, nur zwei Jahre vor seinem tragischen Tod.

Davor war er bekanntlich an der Knackung des Enigma-Codes beteiligt, den die Deutschen während des Zweiten Weltkriegs verwendeten.

Seine Gleichungen beschreiben, wie molekulare Signale interagieren können, um komplexe Muster in einer Vielzahl von verschiedenen Systemen zu bilden.

In dem in der Zeitschrift Science Advances veröffentlichten Papier verglichen Forscher die Strukturierung von Haischuppen mit der von Hühnerfedern.

Dr. Gareth Fraser, jetzt an der University of Florida, sagte: „Wir haben uns die Küken angesehen und wie sie ihre Federn entwickeln.

Wir haben diese sehr schönen Linien der Genexpression gefunden, die das Muster, in dem diese Punkte erscheinen, die schließlich zu Federn werden.

Wir dachten, vielleicht macht der Hai etwas Ähnliches, und wir fanden zwei Reihen auf der Rückenfläche, die den ganzen Prozess starten.

Sie fanden heraus, dass die gleichen Kerngene, die an der Federzeichnung beteiligt sind, auch die Entwicklung von Haischuppen unterstützen.

Forscher wissen, dass diese gemeinsamen genetischen Signale an der Strukturierung einer Vielzahl von „epithelialen Anhängseln“ beteiligt sein können.

Dazu gehören Dornen, Zähne, Haare, Pelze, Schuppen und Federn und haben wahrscheinlich seit mindestens 450 Millionen Jahren zu diesem Prozess beigetragen – der gesamten Geschichte der Wirbeltiere.

Von den Schuppen einer Schlange bis zu den Federn eines Flamingos zeigen moderne Wirbeltiere eine Reihe von epithelialen Fortsätzen.

Diese Strukturen weisen alle eine ähnliche Entwicklungspositionierung in Bezug zueinander auf, da sie von einem gemeinsamen Ort innerhalb der Hautzellen, dem so genannten epithelialen Placode, ausgehen.

Obwohl bei vielen Tieren Beweise gefunden wurden, wurde die Theorie nie für weiter entfernte Wirbeltiere bewiesen, die von derselben Vorfahrenlinie vor langer Zeit abwichen.

Der Nachweis desselben Mechanismus bei Arten, die so weit entfernt verwandt sind wie Haie und Hühner, liefert den Beweis, dass er für viele Tiergruppen von Bedeutung ist und in allen Abstammungen der Wirbeltiere genetisch kodiert ist.

Wissenschaftler untersuchten den kleinfleckigen Katzenhai etwa 80 Tage nach der Befruchtung mittels RD-Modellierung und Genexpressionsanalyse.

Dies zeigte Hinweise darauf, dass dorsale Dentikelreihen als „Initiator“-Reihen wirken und das Muster der umgebenden zahnförmigen Haut auslösen.

Im Vergleich zu β-Catenin (β-Katze), einem frühen Regulator der Signalisierung von Kükenepithel-Placoden, sahen sie bei den Vögeln eine Ähnlichkeit zwischen den beiden Tieren.

Das gleiche Modell wurde dann auf zwei weitere Fische angewendet: den Thornback Skate und den kleinen Skate.

Es wird angenommen, dass dies die Entwicklung der evolutionär vorteilhaften Widerstandsverminderung und -panzerung ermöglicht hat.

Dr. Fraser fügte hinzu: „Wir haben uns mit einem Mathematiker zusammengetan, um herauszufinden, was das Muster ist und ob wir es modellieren können.

Wir haben festgestellt, dass die Dentikel der Haifischhaut durch eine Reihe von Gleichungen, die Alan Turing – der Mathematiker, Informatiker und Codebrecher – entwickelt hat, präzise strukturiert sind.

Diese Gleichungen beschreiben, wie bestimmte Chemikalien während der Entwicklung von Tieren interagieren, und wir haben festgestellt, dass diese Gleichungen die Strukturierung dieser Einheiten erklären.

Die Forscher zeigten auch, wie das Optimieren der Eingaben von Turing’s System eine Vielzahl von Skalenmustern erzeugen kann.

Sie glauben, dass die natürliche Vielfalt in diesem System die Schuppen der heute lebenden Hai- und Strahlarten erklären könnte.

Rory Cooper, ein Doktorand an der Sheffield University, sagte: „Haie gehören zu einer alten Wirbeltiergruppe, die lange von den meisten anderen Kieferwirbeln getrennt war.

Die Untersuchung ihrer Entwicklung gibt uns eine Vorstellung davon, wie Hautstrukturen schon früh in der Evolution der Wirbeltiere ausgesehen haben könnten.

Wir wollten mehr über die Entwicklungsprozesse erfahren, die steuern, wie diese unterschiedlichen Strukturen strukturiert sind, und damit über die Prozesse, die ihre verschiedenen Funktionen erleichtern“.

Wissenschaftler verwendeten eine Kombination von Techniken, einschließlich der Modellierung der Reaktions-Diffusion, um eine Simulation basierend auf den Gleichungen von Turing zu erstellen.

Herr Cooper fügte hinzu: „Wissenschaftler und Ingenieure versuchen seit vielen Jahren, Materialien zu entwickeln, die von der Haifischhaut inspiriert sind, um den Luftwiderstand zu verringern und die Effizienz während der Fortbewegung von Menschen und Fahrzeugen zu erhöhen.

Unsere Ergebnisse helfen uns zu verstehen, wie Haischuppen strukturiert sind, was für ihre Funktion bei der Widerstandsminderung unerlässlich ist.

Daher hilft uns diese Forschung zu verstehen, wie diese schleppreduzierenden Eigenschaften zuerst bei Haien entstanden sind und wie sie zwischen verschiedenen Arten wechseln.

Er sagte, dass die Musterung ein wichtiger Aspekt ist, der dazu beiträgt, die Widerstandsfähigkeit bestimmter Haiarten zu verringern. Ein weiterer ist die Form der einzelnen Skalen.

Die Forscher wollen nun die Entwicklungsprozesse untersuchen, die der Formvariation innerhalb und zwischen verschiedenen Haiarten zugrunde liegen.

Herr Cooper fügte hinzu: „Das Verständnis, wie beide Faktoren zur Verringerung des Luftwiderstands beitragen, wird hoffentlich zur Herstellung verbesserter, breit einsetzbarer, von Haifischen inspirierter Materialien führen, die in der Lage sind, den Luftwiderstand zu verringern und Energie zu sparen“.

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