Многопрофильная группа биологов, физиков и исследователей в области информатики под руководством Мишеля Милинковича (Michel Milinkovitch), профессора кафедры генетики и эволюции естественнонаучного факультета Женевского университета (Department of Genetics and Evolution of the UNIGE Faculty of Science), а также руководителя группы исследований в Швейцарском институте биоинформатики (SIB Swiss Institute of Bioinformatics), выяснила, что глазчатая ящерица Timon lepidus, в молодости коричневая, постепенно трансформирует свой цвет кожи в течение жизни, получая в итоге извилистый узор, похожий на лабиринт, в котором каждая чешуйка либо зеленая, либо черная. Это наблюдение несколько расходится с механизмом, обнаруженным в 1952 г. математиком Аланом Тьюрингом, который связан с микроскопическими взаимодействиями между окрашенными клетками. Чтобы понять, почему картина формируется на уровне «холста», а не на уровне конкретных клеток, два аспиранта: Лиана Минукян (Liana Manukyan) и София Монтандон (Sophie Montandon) — наблюдали за несколькими ящерицами 4 года: от их рождения до полного физиологического созревания. Для нескольких временных точек они реконструировали геометрию и цвет рисунка на чешуе с использованием роботизированной системы очень высокого разрешения, разработанной ранее в лаборатории Милинковича.
Как можно из уравнения типа реакции-диффузии Алана Тьюринга вывести клеточный автомат? Кожа ящерицы не совсем плоская: она очень тонкая между чешуей и намного толще в центре. Учитывая, что механизм Тьюринга включает в себя перемещения клеток или диффузию сигналов, вырабатываемых клетками, Милинкович понял, что это изменение толщины кожи может повлиять на механизм Тьюринга.
Однако поведение автомата было несовершенно, поскольку математические модели механизма Тьюринга и клеточного автомата очень отличаются. Милинкович обратился к математику Станиславу Смирнову, профессору Женевского университета, лауреату Филдсовской премии в 2010 году. Он смог вывести уравнения, следующие из этих двух моделей. Анамария Фофонька (Anamarija Fofonjka), третья аспирантка в команде Милинковича реализовывала численными методами новые уравнения Смирнова, получая недифференцируемую систему от уравнений клеточного автомата. Таким образом, сборная ученых из разных областей науки совершила увлекательное междисциплинарное путешествие — от биологии к физике, оттуда к математике и... обратно к биологии.
Источник: ScienceDaily