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TigerStripes:数学模型解释模式,方向

发布时间:2019-02-23 15:27:00

Tiger Stripes:数学模型解释模式,方向 老虎和斑马是如何得到它们的条纹的?科学家多年来一直绞尽脑汁试图回答这个问题。 然而,在一项新的研究中,哈佛大学的研究人员将一系列

  Tiger Stripes:数学模型解释模式,方向

  老虎和斑马是如何得到它们的条纹的?科学家多年来一直绞尽脑汁试图回答这个问题。

   然而,在一项新的研究中,哈佛大学的研究人员将一系列数学模型组合成一个方程,以确定哪些变量最终控制这些自然模式。

  “我们想要一个非常简单的模型,希望它能够包含所有这些不同的解释,”Tom Hiscock,第一作者和博士。哈佛医学院Sean Megason系统生物学实验室的学生,在新闻发布会上解释说。“我们现在开始询问分子,细胞和机械假设中生物如何定向条纹方向的共同点,这可以告诉我们你会做什么样的实验(或者不会对它们进行区分)。

  研究人员表示,条纹在数学上进行数学建模非常简单。例如,老虎有平行条纹,均匀分布并垂直于脊柱。例如,当相互作用物质产生高浓度和低浓度的颜料,化学物质或细胞类型的波时,这些天然模式基本上出现。然而,这并不能解释条纹如何在一个特定方向上定向。这就是为什么Hiscock和他的团队调查条纹方向的原因。

   

  有趣的是,研究人员发现只有一个小的模型变化才能触发条纹是垂直的还是水平的,但他们不确定它是如何转化为所有生物的。

  “我们可以用这个简单的数学方程描述条纹形成中发生的事情,但我不认为我们知道究竟是什么分子或细胞映射条纹形成的细节,”Hiscock说,并补充说遗传突变体存在它不会形成条纹或变成斑点,例如在斑马鱼中,但“问题是你有一个很大的交互网络,因此任何数量的参数都可以改变模式。”

  为了解决这个问题,研究人员创建了一个主模型来预测可能影响条纹方向的三个主要扰动。第一个是“生产梯度”的变化,这意味着物质基本上放大了条纹图案密度。第二个是“参数梯度”的变化,其中物质改变了形成条纹所涉及的参数之一。研究人员解释说,最后一个是条纹分子,细胞或机械起源方向的物理变化。

  虽然他们最近在电信系统杂志上发表的研究结果基于理论,但它们可用于验证数学是否适用于生命系统。

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