نظرية حاسوبية تساعد في فهم شكل القرش!

أفاد بحث جديد أن نظامًا اقترحه المهندس “آلان تورينج” من الحرب العالمية الثانية منذ أكثر من 60 عامًا، يمكنه أن يفسر شكل الزخارف المسننة التي تمتلكها أسماك القرش!

وقد وجد علماء من قسم العلوم الحيوانية والنباتية بجامعة شيفيلد أن نظرية “رد الفعل الانتشاري” في آلة تورينغ، والتي تم قبولها على نطاق واسع على أنها طريقة الزخرفة في شعر الفئران وريش الدجاج، تنطبق أيضًا على حراشف سمك القرش.

يمكن للنتائج أن تشرح كيف تطورت حراشف القرش لتقليل المقاومة أثناء السباحة، وبالتالي توفير الطاقة أثناء الحركة، ويعتقد العلماء أن دراسة الزخرفة يمكن أن تساعد في تصميم مواد جديدة مستوحاة من أسماك القرش لتحسين كفاءة الطاقة والنقل.

وكان تورنغ قد نشر نظرية رد الفعل الانتشاري للحواسيب في عام 1952، قبل عامين من وفاته، وتصف معادلاته كيف يمكن أن تتفاعل الإشارات الجزيئية لتشكيل أنماط معقدة.

وفي الورقة التي نشرت اليوم في مجلة Science Advances، قارن الباحثون بين زخارف حراشف القرش وزخارف ريش الدجاج… ووجد الباحثون أن نفس الجينات الأساسية التي تسبب شكل زخارف الريش تكمن أيضًا في تطور شكل زعانف القرش، وأشارت إلى أن هذه الجينات يمكن أن تكون متسببة في تشكيل الهياكل المتنوعة الأخرى، مثل العمود الفقري والأسنان.

وقال الدكتور غاريث فريزر -وهو من جامعة شيفيلد سابقًا- : “بدأنا النظر إلى صغار الدجاج وكيف يتطور ريشهم، وقد وجدنا هذه الخطوط الجميلة جدًا للتعبير الجيني التي تظهر فيها هذه البقع التي في نهاية المطاف تنمو في الريش، فكرنا أنه لابد أن تفعل سمكة القرش شيئًا مماثلًا، ووجدنا صفين من هذه الخطوط على السطح الظهري، حيث تبدأ العملية برمتها.

يضيف غاريث: لقد تعاونا مع عالم رياضيات لمعرفة ما هو النمط وما إذا كان بإمكاننا وضع نموذج له فوجدنا أن أسطح سمك القرش يتم تشكيلها بدقة من خلال مجموعة من المعادلات التي قدمها آلان تورينج -عالم الرياضيات وعالم الكمبيوتر ومفكك الشفرات- وتصف هذه المعادلات كيف تتفاعل بعض المواد الكيميائية أثناء نمو الحيوان! ووجدنا أن هذه المعادلات تشرح نمذجة (محاكاة) هذه الوحدات”.

وعقّب روري كوبر -جامعة شيفيلد- : “أسماك القرش تنتمي إلى مجموعة من الفقاريات القديمة، منفصلة عن معظم الفقاريات الأخرى، إن دراسة تطورها يعطينا فكرة عما قد تبدو عليه تراكيب الجلد في مرحلة مبكرة من تطور الفقاريات، وقد أردنا التعرف على عمليات النمو التي تتحكم في كيفية تنسيق هذه الزخارف المتنوعة، وبالتالي العمليات التي تسهل وظائفها المختلفة.

استخدم العلماء مجموعة من التقنيات بما في ذلك نمذجة رد الفعل الانتشاري لإنشاء محاكاة مبنية على معادلات تورينج، لإثبات أن نظامه يمكن أن يفسر زخارف مقياس سمك القرش، عندما يتم ضبط المعلمات بشكل مناسب… وبهذا يحاول العلماء والمهندسون إنشاء مواد مستوحاة من سمك القرش لتقليل الاحتكاك وزيادة الكفاءة أثناء التنقل، سواء من الأشخاص أو المركبات.

ولذلك، يساعد هذا البحث على فهم كيف نشأت أولًا هذه النقوش في أسماك القرش، وكيف تتغير بين الأنواع المختلفة…. ويريد الباحثون الآن أن يدرسوا عمليات النمو التي تكمن وراء اختلاف الشكل بين أنواع أسماك القرش المختلفة.