Fænomen beskrevet af Alan Turing forklarer anti-reflekterende insektøjne

I 1952, den legendariske britiske matematiker og kryptograf Alan Turing foreslog en model, der forudsætter dannelse af komplekse mønstre gennem kemisk interaktion mellem to diffunderende reagenser. Russiske forskere formåede at bevise, at hornhindeoverfladens nanopatter i 23 insektordrer helt passede ind i denne model.

Deres arbejde er offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Undersøgelsen blev udført af et team, der arbejdede ved Institute of Protein Research fra det russiske videnskabsakademi, (Pushchino, Rusland) og Institut for Entomologi ved Det Biologiske Fakultet ved Lomonosov Moskva Statsuniversitet.

Undersøgelsens oprindelige mål var at karakterisere det antireflekterende, tredimensionelle nanopatroner, der dækker insektøjehornhinde med hensyn til de undersøgte insekters taksonomi og for at få indsigt i deres mulige udviklingsvej.

Resultatet var overraskende, da mønstermorfologien ikke korrelerede med insektposition på det evolutionære træ. I stedet, Russiske forskere har karakteriseret fire vigtigste morfologiske hornhinde -nanopatter, samt overgangsformer mellem dem, allestedsnærværende blandt insektklassen. Et andet fund var, at alle de mulige former for mønstrene direkte matchede den række mønstre, der blev forudsagt af den berømte Turing-reaktionsdiffusionsmodel, der blev offentliggjort i 1952, som de russiske forskere ikke kun bekræftede ved blot observation, men ved matematisk modellering, såvel. Modellen forudsætter dannelse af komplekse mønstre gennem kemisk interaktion mellem to diffunderende reagenser.

Analysen er udført ved hjælp af atomkraftmikroskopi med en opløsning på op til enkelt nanometer. "Denne metode gav os mulighed for drastisk at udvide de tidligere tilgængelige data, erhvervet gennem scanningselektronmikroskopi; det gjorde det også muligt at karakterisere overflademønstre direkte, ikke baseret på analyse af metalreplikater. Når det er muligt, vi undersøgte altid hornhinder, der tilhørte forskellige familier af én orden, for at få indsigt i mangfoldighed inden for rækkefølge, "siger forsker Artem Blagodatskiy.

Værket belyser mekanismerne bag dannelsen af ​​biologiske tredimensionelle nanomønstre, demonstrerer det første eksempel på Turing-reaktionsdiffusionsmodellen, der virker i bio-nanoworld.

Interessant nok, Turing nanopatterningsmekanismen er ikke kun almindelig for insektklassen, men også for edderkopper, skorpioner og tusindben - n andre ord, det ser ud til at være universelt for leddyr. På grund af de antireflekterende egenskaber ved insekthornhinde-nanocoatings, de afslørede mekanismer baner vejen for design af kunstige antireflekterende nanosurfaces.

"En lovende fremtidig udvikling af projektet er en planlagt genetisk analyse af dannelse af hornhinde-nanopattern på platformen af ​​den velundersøgte Drosophila melanogaster (frugteflue) model. Vildtypefrugtfluerne har en nippel-array-type nanocoating på deres øjne, siger Blagodatskiy.

Forskellige kombinationer af overudtrykte og underudtrykte proteiner, der vides at være ansvarlige for hornhindeudvikling i Drosophila, kan ændre brystvortemønsteret til en anden mønstertype, og dermed belyse den kemiske karakter af forbindelserne, der danner strukturer af Turing-typen på insektøjne. Afsløring af proteiner og/eller andre midler, der er ansvarlige for dannelse af nanopatroner, kan føre til kunstig design af nanocoatings med ønskede egenskaber. Forskerne håber også at kunne foretage en sammenligning af antireflekterende træk ved forskellige typer karakteriserede nanocoatings.