Los patrones de los animales, las rayas, manchas y rosetas que se ven en la naturaleza, son una fuente de fascinación sin fin, y ahora los investigadores de la Universidad de Bath han desarrollado un modelo matemático sólido para explicar cómo una especie importante, el pez cebra, desarrolla surayas.
En el reino animal, la disposición de las células pigmentarias de la piel comienza durante la etapa embrionaria de desarrollo, lo que hace que la formación de patrones sea un área de gran interés no solo para un público lego sino también para los científicos, en particular, los biólogos del desarrollo y los matemáticos.
El pez cebra es invaluable para estudiar las enfermedades humanas. Estos humildes pececillos de agua dulce pueden parecer tener poco en común con los mamíferos, pero de hecho muestran muchas similitudes genéticas con nuestra especie y cuentan con una lista similar de características físicas incluida la mayoría de los órganos principales.
El pez cebra también proporciona información fundamental sobre los procesos complejos, y a menudo maravillosos, que sustentan la biología. El estudio de su sorprendente apariencia puede, con el tiempo, ser relevante para la medicina, ya que la formación de patrones es una característica general importante del desarrollo de órganos.La comprensión de la formación de patrones de pigmentos podría darnos una idea de las enfermedades causadas por la alteración de la disposición celular dentro de los órganos.
El nuevo modelo matemático ideado en Bath allana el camino para nuevas exploraciones en los sistemas de patrones de pigmentos y su similitud en diferentes especies. La pigmentación en el pez cebra es un ejemplo de un fenómeno emergente, uno en el que los individuos células en este caso,todos actuando de acuerdo con sus propias reglas locales, pueden autoorganizarse para formar un patrón ordenado a una escala mucho mayor de lo que cabría esperar.Otros ejemplos de fenómenos emergentes en biología incluyen la bandada de estorninos y la natación sincronizada que se observa en bancos de peces.
El Dr. Kit Yates, el matemático de Bath que dirigió el estudio, dijo: "Es fascinante pensar que estas diferentes células pigmentarias, todas actuando sin un control centralizado coordinado, pueden producir de manera confiable los patrones de rayas que vemos en el pez cebra. Nuestro modelo destaca elreglas locales que estas células utilizan para interactuar entre sí con el fin de generar estos patrones de forma robusta ".
"¿Por qué es importante para nosotros encontrar un modelo matemático correcto para explicar las rayas del pez cebra?", Pregunta el profesor Robert Kelsh, coautor del estudio. "En parte, porque los patrones de pigmentos son interesantes y hermosos por derecho propio.Pero también porque estas franjas son un ejemplo de un proceso de desarrollo clave. Si podemos comprender lo que está sucediendo en el desarrollo del patrón de un embrión de pez, es posible que podamos obtener una visión más profunda de la compleja coreografía de las células dentro de los embriones en general ".
Las rayas de un pez cebra 'de tipo salvaje' adulto se forman a partir de células que contienen pigmentos llamadas cromatóforos. Hay tres tipos diferentes de cromatóforos en los peces y, a medida que el animal se desarrolla, estas células pigmentarias se desplazan sobre la superficie del animal, interactuandoentre sí y se autoorganizan en el patrón de rayas por el que se nombran los peces. Ocasionalmente, aparecen mutaciones que cambian la forma en que las células interactúan entre sí durante el desarrollo del patrón, lo que da como resultado marcas laberínticas con manchas, piel de leopardo o laberintos.
Los científicos saben mucho acerca de las interacciones biológicas necesarias para la autoorganización de las células pigmentarias de un pez cebra, pero ha habido cierta incertidumbre sobre si estas interacciones ofrecen una explicación completa de cómo se forman estos patrones. Para probar las teorías biológicas, BathEl equipo desarrolló un modelo matemático que incorporó los tres tipos de células y todas sus interacciones conocidas. El modelo ha demostrado ser exitoso, ya que predice el desarrollo de patrones tanto de peces de tipo salvaje como mutantes.
Los matemáticos han estado tratando de explicar cómo se forman las rayas del pez cebra durante muchos años, sin embargo, muchos intentos de modelado anteriores no han podido explicar la amplia gama de patrones mutantes de peces observados. Jennifer Owen, científica responsable de construir y ejecutar el modelo, dijo"Uno de los beneficios de nuestro modelo es que, debido a su complejidad, puede ayudar a predecir los defectos de desarrollo de algunos mutantes menos conocidos. Por ejemplo, nuestro modelo puede ayudar a predecir las interacciones célula-célula que son defectuosas en mutantes comocomo leopardo, que muestra manchas ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Bath . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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