Objevné rovnice! Jak vznikají skvrny na levhartí kůži?

Princip utváření složitých obrazců u dospělých levhartů a jaguárů je pro vědce záhadou už dlouhá staletí. Problém se možná nakonec podařilo rozlousknout až letos v létě matematikům z tchajwanské Národní univerzity Chung-Hsing v Taichungu.Princip utváření složitých obrazců u dospělých levhartů a jaguárů je pro vědce záhadou už dlouhá staletí. Problém se možná nakonec podařilo rozlousknout až letos v létě matematikům z tchajwanské Národní univerzity Chung-Hsing v Taichungu.

Na první pohled by se mohlo zdát, že výrazná kresba většiny velkých kočkovitých šelem musí zvíře spíše prozradit, než skrýt před zraky potenciální kořisti. Nicméně vše se změní ve chvíli, kdy se kočka začne pohybovat. Tmavý vzor na světlém podkladě za pohybu vytvoří zcela nevýraznou nahnědlou šmouhu, která dokonale splývá s okolním porostem.
Zoology trápil princip vzniku skvrn už dlouhá léta, nicméně na jedné skutečnosti se dokázali shodnout vcelku snadno. Původně se jednalo jen o jednoduché tečky, které se do dalších obrazců vyvinuly v průběhu evoluce nových druhů. Stejně tak se tento vývoj do jisté míry opakuje i v průběhu života každého jedince. Koťata většinou mívají na kožichu pouze základní skvrny, které se s přibývajícím věkem výrazně mění.

Rovnice pro zvířecí kožich
V roce 1952 se objevila první teorie o vzniku barevných obrazců na kůži některých zvířat. Přišel s ní britský matematik Alan Turing, který vycházel ze vzájemného působení dvou látek (tvz. morfogenů) odpovídajících za tmavou barvu vzoru a za světlou barvu podkladu. Výsledek jejich činnosti je určen rychlostí, jakou se obě látky šíří kůží, a chováním při jejich vzájemném kontaktu.  Mohou se i přímo ovlivňovat, například při dosažení určité koncentrace jedné látky se spustí či zablokuje produkce druhé. Jiný výsledek za sebou zanechá přátelské překrytí doprovázené pouhým zpomalením další cesty, jiné nesnášenlivé odpuzování.
Turing svou hypotézu nazval „reakčně difúzní rovnicí“ a za pomoci doplňování různých hodnot pro rychlost šíření a vzorců interakcí dvou morfogenů dokázal sestavit modely pro řadu zvířecích šablon.

Dva kroky k cíli
„Problém nastává ve chvíli, kdy se podobný model pokusíme sestavit i pro složité dvorce v srsti velkých kočkovitých šelem,“ říká Sy-Sang Liaw z Národní univerzity Chung-Hsing v Taichungu. Například u levhartů mají mláďata v kožichu jednoduché skvrny, dospělí jedinci nosí vzor z rozlámaných rozet (ornamentálních motivů ve tvaru růžice). Jaguáři vyznávají ještě o něco složitější módu. Jejich skvrny se skládají do pravidelných velkých mnohoúhelníků  s tmavou tečkou uprostřed.
Fyzikové se snažili k takovým obrazcům dospět za pomoci Turignových rovnic, ale jednoduše žádná kombinace vztahů dvou morfogenů nevedla k cíli. Jedna zákonitost, která by dokázala „namalovat“ nepravidelné cákance u koťat a s přibývajícím věkem je přestavět na kruhy či mnohoúhelníky, zkrátka neexistuje. Tým Sy-Sang Liawa tedy musel přistoupit na nová pravidla. Tečky se vyrábějí podle jedné rovnice, v průběhu dospívání se morfogeny přepnou a začne platit nová rovnice. Než vědci našli funkční dvoufázové řešení, uplynul téměř celý rok.

Jaguáří experti
„Nejtvrdším oříškem pro nás byl vzor pro jaguáří kůži,“ tvrdí Liaw. „Všichni před námi se snažili její šablonu sestavit za pomoci jediné rovnice, proto nemohli nikdy uspět.“ Tchajwancům se nakonec povedl i jaguár.
Přestože se však teoretický model podařilo stanovit pro všechny vzory kočkovitých šelem, o vlastnostech morfogenů a jejich fyzickém chování se zatím neví téměř nic. Nikdo tedy zatím nemůže s jistotou říci, jak to u koček ve skutečnosti vlastně funguje. Nový přístup sice odhalil možný matematický princip, nicméně ještě více ztížil práci biochemikům hledajícím skutečné látky, jež by mohly označit za morfogeny.
Pokud by totiž skvrny vznikaly dvoufázově, musí vědci kromě morfogenů začít hledat také onen „přepínač“ pro dospělou fázi. Z matematického hlediska se jako první nabízí určitá hranice velikosti povrchu, po kterém se morfogeny šíří, biologové zase pokukují po pohlavních a růstových hormonech. Ale všechno může být pochopitelně i úplně jinak.

Kabát pro velké kočky
Gepard – koťata i dospělí mají drobné plné oválné skvrny, které se na konci ocasu spojují v několik příčných pruhů
Irbis – koťata mají jednoduché tečky, dospělí na hlavě a končetinách plné oválné skvrny, na zbytku těla podlouhlé kruhy se světlejším středem
Jaguár – koťata mají jednoduché tečky, dospělí na hlavě a končetinách plné oválné skvrny, na zbytku těla se skládají po třech až pěti do velkých rozet se světlejším středem a tečkou uprostřed
Lev – koťata mají výraznou kresbu kruhových skvrn v tmavší barvě než podkladové, zatímco dospělí lvi bývají zcela bez kresby
Levhart – koťata mají jednoduché tečky, dospělí na hlavě a končetinách plné oválné skvrny, na zbytku těla se skládají po třech až pěti do rozet se světlejším středem
Tygr – u koťat i dospělých šelem se skvrny slévají ve vertikální pruhy, přičemž na čenichu zůstávají tečky v pruzích oddělené

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Biologové našli inspiraci ve Star Wars

Biologové našli inspiraci ve...

V Kolumbii objevili šest různých dosud nepopsaných pavouků, čtyři z...
Robotická ponorka Harald bude monitorovat výskyt planktonu

Robotická ponorka Harald bude...

Nerovnoměrné rozmístění planktonu v oceánech přivedlo vědce k rozhodnutí, že...
Čápi jsou zpět. Jaro se chystá převzít vládu

Čápi jsou zpět. Jaro se chystá...

Jaro ožívá. Prvním ze sledovaných poslů jara, jejichž postupný přílet děti v rámci...
Smutný konec velkého aligátora

Smutný konec velkého aligátora

V uplynulých dnech byl v USA ve státě Georgia objeven v zavlažovacím...
Projekt na stavbu vodní elektrárny ohrožuje orangutany v Indonésii

Projekt na stavbu vodní elektrárny...

V pralese Batang Toru na severu ostrova Sumatra se bude stavět vodní...
Technologií k ochraně zvířat: Drony s infračervenou kamerou budou počítat koaly v husté vegetaci

Technologií k ochraně zvířat: Drony...

Koala medvídkovitý patří mezi nejznámější zástupce australské fauny. Jeho...
Ptákem roku je hrdlička divoká

Ptákem roku je hrdlička divoká

Hrdlička divoká byla odedávna symbolem lásky a víry. Dnes se navíc stává tváří...
V amazonské džungli bylo nalezeno tělo mohutného kytovce

V amazonské džungli bylo nalezeno...

V zalesněné části ostrova Marajó jsou lidé zvyklí na výskyt mnoha druhů...
Byla nalezena „vyhynulá“ želva

Byla nalezena „vyhynulá“ želva

Na ostrově Fernandina v souostroví Galapágy objevili biologové...
Ze slonů konzervy?

Ze slonů konzervy?

Botswanská vláda oznámila svůj záměr na poli redukce slonů. Ráda by uvedla do...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jaké vynálezy dala světu 2. světová válka?

Jaké vynálezy dala světu 2....

Byla dosud největším a nejničivějším válečným konfliktem v dějinách...
Vítejte na ISS aneb jak se žije ve vesmíru?

Vítejte na ISS aneb jak se žije...

Mezinárodní vesmírná stanice je aktuálně vedle Země jediným člověkem trvale...
Únavový syndrom: Pouhé vyčerpání, nebo vážná nemoc?

Únavový syndrom: Pouhé vyčerpání,...

Zřejmě každý člověk se někdy cítil unavený nebo vyčerpaný. Existují ale...
Do čeho jsme to před 20 lety vstoupili: NATO slaví 70 let!

Do čeho jsme to před 20 lety...

North Atlantic Treaty Organisation či Severoatlantická aliance je pro nás...
Nové odhalení: Pilulky na hubnutí berou komárům “chuť k jídlu”

Nové odhalení: Pilulky na hubnutí...

Komáři přináší nejen svědivá bodnutí, ale na mnoha místech na světě...
VIDEO: Pět lidí ve svazku manželském s neživými objekty

VIDEO: Pět lidí ve svazku...

Lidé se občas chovají zvláštně – jednou z nich je,...
Unikátní přehled: 5 nejhloupějších válek v historii

Unikátní přehled: 5...

Válčíme kvůli různým věcem – kvůli moci, penězům,...
Přísná výchova vede k obezitě!

Přísná výchova vede k obezitě!

Jsou rodiče, kteří při výchově svých dětí preferují volnost a vyšší míru...
Přehledně: Rekordy, které nechcete překonat

Přehledně: Rekordy, které...

Světových rekordů je hodně a možná na nějaký z nich...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.