Je leest:

Gestreept, gevlekt of geribbeld

Gestreept, gevlekt of geribbeld

Auteur: | 21 februari 2012

De Britse wiskundige Alan Turing is de geschiedenis ingegaan als de vader van de informatica. Maar hij brak ook zijn hoofd over de vraag waarom een luipaard vlekken heeft en een zebra strepen. Engelse Wetenschappers hebben Turings theorie over dergelijke patronen nu bewezen. Daarvoor bestudeerden zij de ontwikkeling van de regelmatige afstand tussen de ribbels in het gehemelte van muizen.

Bijna zestig jaar geleden formuleerde de Brit Alan Turing, beroemd om zijn Turingmachine en het ontcijferen van de Enigma, een wiskundige theorie die verklaart hoe patronen als strepen en vlekken ontstaan op de vacht van dieren. Turing stelde dat het een subtiel samenspel moest zijn tussen twee stoffen die de pigmentvorming beïnvloeden. Onder die aanname kon hij met behulp van wiskundige vergelijkingen precies aantonen hoe de karakteristieke patronen ontstonden bij giraffen, tijgers, zebra’s en allerlei andere dieren. Turings artikel werd alom geprezen, en is al veelvuldig geciteerd. Pas onlangs toonden onderzoekers bij muizen het bestaan van de twee stoffen aan.

De onderzoekers van het King’s College in Londen publiceren binnenkort in Nature Genomics over hun vondst. Ze bestudeerden de vorming van ribbels in het gehemelte van een muis. Het patroon dat hieraan ten grondslag ligt, ontstaat door het samenspel van FGF (Fibroblast Growth Factor) en Shh (Sonic Hedgehog). Een van deze stoffen stimuleert de aanmaak van zowel FGF als Shh, en is daarmee een activator. De andere stof remt de aanmaak van beide stoffen: het is een inhibitor.

Dr. Qi Zhou

De theorie die Turing in de jaren ’50 van de vorige eeuw formuleerde, verklaart hoe patronen konden ontstaan, uitgaande van stoffen met zo’n remmende en stimulerende werking. Dat patroon kan zich vervolgens uiten als strepen of vlekken op van de vacht van een dier, maar ook ribbels in het gehemelte van een muis. In alle gevallen gaat het om een patroon dat zich geleidelijk ontwikkelt. Turing argumenteerde dat de inhibitor en de activator bij een embryo in het begin nog gelijkmatig verdeeld waren, waardoor er nog geen kleur- of ribbelpatroon zichtbaar was. De beide stoffen waren dan precies in balans. Wanneer echter door een kleine verstoring op een bepaalde plek een overschot zou ontstaan van de activator, zou dit als een sneeuwbaleffect leiden tot de bekende patronen.

Stel namelijk dat er op een bepaalde plek iets meer van de stimulerende stof, de activator, aanwezig is. Beide stoffen worden daar dan vervolgens extra geproduceerd, waarna ze zich verspreiden over het omliggende gebied door diffusie. Als de inhibitor zich daarbij sneller verspreidt, zal dat betekenen dat de productie van beide stoffen in omliggende gebieden wordt afgeremd. Maar op de plek waar om te beginnen een overproductie was, zal de activator langer achterblijven dan de inhibitor.

Het effect versterkt zichzelf dus: daar waar door een kleine disbalans een klein overschot van de activerende stof aanwezig is, zal steeds meer van de activator aanwezig zijn. Daaromheen wordt de productie juist geremd. Er ontstaan kleine eilandjes: vlekken of strepen, of ribbels zoals in het gehemelte van muizen. Hoe die patronen er precies uit zullen zien, hangt helemaal af van de vorm en de grootte van het oppervlak waarop zulke patronen zich vormen. Dieren hebben op de staart bijvoorbeeld vaak ringen, terwijl ze op het rest van hun lijf vlekken hebben. Dat heeft alles te maken met de kleine omtrek van die staart.

De onderzoekers van King’s College claimen nu dat ze de eerste zijn die een experimenteel bewijs hebben geleverd van Turings theorie, zo’n zestig jaar na dato. Overigens hebben ze hiermee een fantastische timing: het is dit jaar precies honderd jaar geleden dat Alan Turing geboren werd.

Dit arikel verscheen eerder op Science Palooza.

Dit artikel is een publicatie van Sciencepalooza.
© Sciencepalooza, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 februari 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.