En 1952, el legendario matemático y criptógrafo británico Alan Turing propuso un modelo que supone la formación de patrones complejos a través de la interacción química de dos reactivos de difusión. Los científicos rusos lograron demostrar que los nanopatrones de la superficie corneal en 23 órdenes de insectos encajan completamente en este modelo.
Su trabajo se publica en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
El trabajo fue realizado por un equipo que trabajaba en el Instituto de Investigación de Proteínas de la Academia de Ciencias de Rusia Pushchino, Rusia y el Departamento de Entomología de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov. Fue supervisado por el profesorVladimir Katanaev, quien también dirige un laboratorio en la Universidad de Lausana, Suiza. Artem Blagodatskiy y Mikhail Kryuchkov realizaron la elección y preparación de muestras corneales de insectos y analizaron los datos. Yulia Lopatina de la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov desempeñó el papel de entomólogo experto,mientras Anton Sergeev realizó la microscopía de fuerza atómica.
El objetivo inicial del estudio era caracterizar los nanopatrones antirreflectantes tridimensionales que cubren la córnea del ojo de insecto, con respecto a la taxonomía de los insectos estudiados y obtener una idea de su posible camino de evolución.
El resultado fue sorprendente ya que la morfología del patrón no se correlacionaba con la posición del insecto en el árbol evolutivo. En cambio, los científicos rusos han caracterizado cuatro nanopatrones corneales morfológicos principales y formas de transición entre ellos, omnipresentes entre la clase de insectos. Otro hallazgo fue queTodas las formas posibles de los patrones coinciden directamente con el conjunto de patrones predichos por el famoso modelo de reacción-difusión de Turing publicado en 1952, lo que los científicos rusos confirmaron no solo por observación, sino también por modelos matemáticos. El modelo supone la formación de patrones complejosa través de la interacción química de dos reactivos de difusión.
El análisis de nanopatrones de la superficie corneal en 23 órdenes de insectos se realizó mediante microscopía de fuerza atómica con resolución de hasta nanómetros individuales.
"Este método nos permitió expandir drásticamente los datos disponibles anteriormente, adquiridos mediante microscopía electrónica de barrido; también permitió caracterizar patrones de superficie directamente, no basados en el análisis de réplicas de metales. Cuando fue posible, siempre examinamos las córneas pertenecientes a familias distintasde una orden para obtener información sobre la diversidad de patrones intraorden ", dice Artem Blagodatskiy,
La principal implicación del trabajo es la comprensión de los mecanismos subyacentes a la formación de nano-patrones biológicos tridimensionales, lo que demuestra el primer ejemplo del modelo de reacción-difusión de Turing que actúa en el bio-nanomundo.
Curiosamente, el mecanismo de nanopatterning de Turing es común no solo para la clase de insectos, sino también para arañas, escorpiones y ciempiés en otras palabras: universal para los artrópodos. Debido a las propiedades antirreflectantes de los nanorecubrimientos corneales de insectos, los mecanismos revelados están pavimentando elforma de diseño de nano-superficies antirreflectantes artificiales.
"Se planea un futuro desarrollo prometedor del proyecto para ser un análisis genético de la formación de nanopatios corneales en la plataforma de un estudio bien estudiado Drosophila melanogaster modelo mosca de la fruta. Las moscas de la fruta de tipo salvaje poseen un nanocoating tipo pezón en sus ojos ", resumió Artem Blagodatskiy.
Diferentes combinaciones de proteínas sobreexpresadas y subexpresadas que se sabe que son responsables del desarrollo corneal en Drosophila puede alterar el patrón del pezón a otro tipo de patrón y, por lo tanto, arrojar luz sobre la naturaleza química de los compuestos, formando las estructuras de tipo Turing sobre los ojos de los insectos. La revelación de proteínas y / u otros agentes responsables de la formación del nanopattern será una pista directa paraDiseño artificial de nano-recubrimientos con las propiedades deseadas. Otra dirección del desarrollo del proyecto será la comparación de las características antirreflectantes de los diferentes tipos de nano-recubrimientos caracterizados.
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Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Moscú Lomonosov . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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