Una teoría matemática descifra el patrón de las escamas de tiburón

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dentículos de tiburón

El modelo de reacción y difusión de Alan Turing explica el patrón a través del linaje de los vertebrados

La explicación de Alan Turing sobre cómo desarrollaron sus escamas, plumas y cabello los animales modernos puede tener una aplicación aún más amplia.

Una nueva investigación sugiere que el famoso modelo matemático de reacción-difusión (RD) también explica el desarrollo de la línea dentada de la piel del tiburón.

Eso es significativo, según el zoólogo Rory Cooper de la Universidad de Sheffield, Reino Unido, porque aunque investigaciones anteriores han encontrado apoyo para los patrones de RD en animales de cuatro patas, no ha sido claro su papel en anteriores linajes divergentes.

Ampliamente conocido simplemente como el Modelo de Turing, RD es una construcción teórica utilizada para explicar la formación de patrones autorregulados en el embrión animal en desarrollo.

El modelo, dice Cooper, explica la progresión de los apéndices epiteliales (estructuras externas como pelo, plumas, escamas, espinas y dientes) durante al menos 450 millones de años, un período que abarca la evolución de los vertebrados.

Dice que todas estas estructuras poseen una posición de desarrollo similar entre sí porque crecen desde una base común: las áreas engrosadas del epitelio conocidas como placodes.

embrión de pintarroja

En su reciente investigación, descrita en un artículo publicado en Science Advances, Cooper y sus colegas del Reino Unido y los EE. UU. estudiaron al pequeño tiburón pintarroja (Scyliorhinus canicula) aproximadamente 80 días después de la fecundación, utilizando modelos de RD y análisis de expresión génica.

El modelado mostró que las filas de la dentina dorsal actuaban como filas "iniciadoras", lo que desencadenó el patrón de la piel circundante similar a un diente.

modelado dentículo de pintarrojaLos investigadores compararon el patrón de los dentículos de tiburón con las plumas de los pollitos, en el que está en juego el modelado RD, examinando la expresión de una proteína llamada beta-catenina que es un regulador temprano de la señalización del placode del epitelio del pollo y determina una similitud.

La línea lateral del tiburón expresó la proteína poco antes de que comenzara el patrón denticular, una línea de tiempo comparable a la del patrón de plumas.

Luego utilizaron el modelo RD para explicar la diversidad del patrón de la dentadura en otros peces cartilaginosos antiguos, el patín con espina (Raja clavate) y el patín pequeño (Leucoraja erinacea), y sugieren que puede haber ayudado a la evolución de funciones como la armadura protectora, arrastre hidrodinámico, alimentación y comunicación.

"Proponemos que una amplia gama de apéndices de vertebrados, desde dentículos de tiburón a plumas de ave y pelo de mamíferos, utilizan este antiguo y conservado sistema, con una ligera modulación genética que explica grandes variaciones en el patrón", concluyen los investigadores.

Artículo científico: An ancient Turing-like patterning mechanism regulates skin denticle development in sharks

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