根據(jù)一項新的研究，60多年前第二次世界大戰(zhàn)的密碼學家艾倫圖靈(alan turing)提出的系統(tǒng)可以解釋鯊魚擁有的牙齒狀鱗片的模式。謝菲爾德大學動植物科學系的科學家發(fā)現(xiàn)，圖靈的反應(yīng)擴散理論——被廣泛認為是老鼠毛發(fā)和雞毛的圖案化方法——也適用于鯊魚鱗片。這些發(fā)現(xiàn)可以解釋鯊魚鱗片的模式是如何進化的，以減少游泳時的阻力，從而節(jié)省運動時的能量。科學家認為，研究模式可以幫助設(shè)計新的鯊魚靈感材料，以提高能源和運輸效率。計算機老師圖靈提出了反應(yīng)擴散系統(tǒng)，并于1952年發(fā)表，也就是他去世前兩年。他的方程描述了分子信號如何相互作用形成復(fù)雜的模式。
在今天(2018年11月7日)發(fā)表在《科學進展》雜志上的一篇論文中，研究人員將鯊魚鱗片的模式與雞毛的模式進行了比較。他們發(fā)現(xiàn)，羽毛模式化的相同核心基因也是鯊魚鱗片發(fā)育的基礎(chǔ)，并指出這些基因可能參與了其他不同脊椎動物皮膚結(jié)構(gòu)(如刺和牙齒)的模式化。謝菲爾德大學(現(xiàn)為佛羅里達大學)的加雷斯弗雷澤博士說：“我們開始研究雞以及它們是如何長出羽毛的。我們發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)秀的基因表達系列可以模擬這些斑點最終出現(xiàn)的位置。我們想也許鯊魚也做了類似的事情，我們在背面找到了兩排，這就開始了整個過程。
“我們與一位數(shù)學家合作，找出這種模式是什么，以及我們是否可以對其進行建模。我們發(fā)現(xiàn)鯊魚皮的細節(jié)被一組方程精確映射，這組方程是數(shù)學家、計算機科學家和代碼解碼器艾倫圖靈提出的?！边@些方程描述了某些化學物質(zhì)在動物發(fā)育過程中是如何相互作用的，我們發(fā)現(xiàn)這些方程解釋了這些單位的模式。"
研究人員還展示了如何調(diào)整圖靈系統(tǒng)的輸入，以產(chǎn)生類似于今天鯊魚和鰩魚物種的不同比例模型。他們認為圖靈系統(tǒng)的自然變異可能使這些動物中不同角色的進化成為可能，包括提供減阻和防御裝甲。謝菲爾德大學的博士生羅里庫珀(Rory Cooper)說：“鯊魚屬于一個古老的脊椎動物群體，它與大多數(shù)其他下頜脊椎動物已經(jīng)分離了很長時間。研究它們的發(fā)育有助于我們了解脊椎動物進化過程中的皮膚結(jié)構(gòu)?！蔽覀兿胫揽刂七@些多樣化結(jié)構(gòu)如何形成模式的發(fā)展過程，以及促進其各種功能的過程?！翱茖W家們使用了一系列技術(shù)，包括反應(yīng)擴散模型，創(chuàng)建了一個基于圖靈方程的模擬，以證明他的系統(tǒng)可以解釋鯊魚比例模型并適當調(diào)整參數(shù)。
庫珀補充說：“多年來，科學家和工程師們一直在努力創(chuàng)造鯊魚皮材料，以減少人和車輛在運動過程中的阻力，提高效率?！蔽覀兊难芯拷Y(jié)果有助于我們理解鯊魚鱗片是如何形成圖案的，這對實現(xiàn)減阻非常重要。因此，這項研究有助于我們理解這些減阻特性首先出現(xiàn)在鯊魚身上，以及它們在不同物種之間的變化。“圖案化是一個重要的方面，有助于減少一些鯊魚物種的阻力。另一個是個體鱗片的形狀。研究人員現(xiàn)在想研究不同鯊魚種類內(nèi)部和之間形態(tài)變化的發(fā)展過程。”了解這些因素如何有助于降低阻力，將有望生產(chǎn)出改進的、可廣泛應(yīng)用的鯊魚式材料，從而降低阻力并節(jié)約能源，”庫珀補充道。
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