Alan Turing förutsagde att hajar och fågelar delar en överraskande egenskap

Mönster är överallt i naturen, från Jupiter-färgerna till en sebrafisk rand. Mönstren uppträder även över mycket olika djur. Forskare har länge känt att däggdjurshår och fågelfjäder följer ett särskilt arrangemangsmönster och ny forskning publiceras i Science Advances visar att hajskalor följer samma mönster.

I papperet, publicerad den 7 november, identifierade ett team av forskare hur hajarens dentiklar - de små V-formade vågorna som täcker sina kroppar - följer mönstret identifierat av Alan Turings reaktionsdiffusionsteori. Denna teori, som den kodbrytande matematiken publicerade 1952, beskriver hur molekyler i biologiska system kan ge upphov till speciella mönster. Dessa mönster, forskare har hittat, kan noggrant beskriva utvecklingen av hårsäckar och fjädermönster. Nu ingår hajar i listan över djur vars bilagor Turing förutsagde.

Gareth Fraser, Ph.D., en biträdande professor i evolutionär utvecklingsbiologi vid University of Florida, arbetade på forskningen vid University of Sheffield i Storbritannien. Han märkte först något intressant i kycklingens DNA medan han undersökte hur de utvecklade sina fjädrar.

"Vi hittade dessa mycket fina linjer av genuttryck det mönstret där dessa fläckar verkar som så småningom växer till fjädrar," sade Fraser. "Vi trodde kanske att hajen gör en liknande sak, och vi hittade två rader på dorsalytan, som startar hela processen."

Genom genetisk analys och ett genetiskt inhiberingsexperiment i den småfläckiga catsharken (Scyliorhinus canikula), hindrade forskare några gener från att uttryckas i hajembryon - liknande gener som de som kontrollerar fjäderutvecklingsprocessen hos kycklingar. När de gjorde detta fann de att de kunde förhindra att vissa rader av skalor utvecklas, vilket stöder tanken att kycklingar och hajar bifogas kontrolleras av en liknande uppsättning genetisk information.

Men de ville också ta reda på om hajskalans mönster passar Turings matte.

"Vi gick ihop med en matematiker för att ta reda på vad mönstret är och om vi kan modellera det. Vi fann att hajhudet dentiklar är exakt mönstrade genom en uppsättning ekvationer som Alan Turing - matematiker, datavetenskapare och kodbrytare - kom upp med ", säger Fraser. Han och hans kollegor fann att Turings reaktions-diffusionsekvationer matchade vad de observerade på hajarnas dentiklar, som visas i videon av en CT-skanning ovan.

Rory Cooper, en Ph.D. student vid University of Sheffield och papperets första författare förklarade att eftersom hajar tillhör en extremt gammal gren av ryggradsutveckling kan studier av hajhud ge vetenskapsmän en bättre uppfattning om vilka ryggradsskötselhuden som hår och skalor såg ut som mycket tidigt på.

"Vi ville lära oss om de utvecklingsprocesser som styr hur dessa olika strukturer mönstras, och därmed processerna som underlättar deras olika funktioner", sa han.