Движения хвоста сперматозоида объяснили математическим принципом Алана Тьюринга

Фото из открытых источников
Ученые из Великобритании доказали, что жгутик сперматозоида движется по траектории, принцип, который описал Алан Тьюринг больше 70 лет назад для узоров, встречающихся в природе.
 
Алан Тьюринг — британский математик и криптограф, основоположник теоретической информатики и теории искусственного интеллекта. Во время Второй мировой войны его теории помогли взломать код «Энигмы», немецкой шифровальной аналоговой машины.
 
В 1950-е годы им же была выдвинута гипотеза, описывающая замысловатые узоры на теле животных. Они формируются благодаря неоднородностям в исходной гомогенной смеси веществ. Столь сложные паттерны являются результатом распространения (диффузии) химических соединений и их взаимодействия. Гипотезе дали название «реакционно-диффузионная теория» или «паттерны Тьюринга». Она распространяется и на другие виды макроскопических природных структур.
 
Публикация в журнале Nature Communications рассказала о работе ученых из британского Бристольского университета, которые попытались выяснить, есть ли связь между создающими узоры химическими закономерностями и тем, как движутся хвосты сперматозоидов.
 
Жидкая среда, в которой сперматозоиды движутся, создает сопротивление. Его изучили исследователи с помощью компьютерной модели. Оказалось, что семенная жидкость мало влияет на движение и форму жгутика. Получается, что «волнистость» их движений возникает без этого воздействия.
 
Оказалось, что движения жгутика возникают ровно так же, как и узоры, описанные моделью Тьюринга. «Узоры» жгутиков возникают под действием двух основных факторов. Первая — внутренняя, это химические реакции, приводящие в действие моторные белки.
 
Вторая — изгибающее движение эластичного жгутика, которое стремится к равновесию. То есть, сгибательные и колебательные движения идут вдоль хвостика, примерно так же, как капля красителя движется в жидкости, пока цвет не становится равномерным. Именно такую модель и описывает математика Тьюринга.
 
Природные процессы наверняка более сложные, не умещаются ровно в математические алгоритмы. Но полученные данные помогут решать реальные проблемы, например, с фертильностью, обусловленной аномальным движение жгутиков. А еще они позволят создавать искусственные мышцы и «одушевленные материалы», обладающие свойствами живых организмов.