Рисунок трехмерных наноструктур на поверхности фасеточных глаз насекомых, паукообразных и многоножек соответствует модели, описанной знаменитым британским математиком и криптографом. Такое открытие совместно сделали ученые из Института белка РАН (Пущино) и с кафедры энтомологии МГУ, под руководством профессора Владимира Катанаева. Статья по результатам их работы вышла в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Изначально целью ученых было составить более полный и подробный каталог наноструктур, покрывающих поверхность фасеточных глаз насекомых. Ранее другие авторы уже описали различные формы этих микроскопических бугорков или «ниппелей» на поверхности глаз бабочек, мух и комаров, а также установили, что они выполняют антибликовую и антиотражательную функцию. Однако в этих научных работах, во-первых, исследовались только некоторые группы насекомых. А, во-вторых, при этом использовался метод сканирующей электронной микроскопии на платиновых слепках оригинальных образцов, из-за чего формы наноструктур искажались. Российские же ученые изучили представителей 23 отрядов насекомых из 30, и использовали для этого более совершенный метод атомно-силовой микроскопии, который дает высочайшую точность.
Это дало ряд важных результатов. Удалось подробно описать четыре основных типа наноструктур глазного покрытия у насекомых — «ниппели», «дырки», параллельные тяжи и лабиринтоподобный рисунок, напоминающий извилины мозга — а также переходные формы между ними. Выяснилось, что сложность покрытия глаз никак не коррелирует с положением насекомого на эволюционной лестнице. Так, у самых примитивных из изученных насекомых (щетинохвосток) соответствующие наноструктуры были очень похожи на таковые у наиболее эволюционно «продвинутых» (бабочек).
Далее, ученые из Института белка и МГУ также предварительно исследовали глаза других представителей типа членистоногие — пауков, скорпионов и многоножек. Оказалось, что поверхность их глаз несет те же структуры.
Наконец, что самое интересное, рисунок наноструктур на поверхности фасеточных глаз членистоногих полностью соответствует модели, предложенной в 1952 г. знаменитым британским математиком и криптографом Аланом Тьюрингом. Эта модель, в основе которой лежит принцип распространения двух разных химических веществ в жидкой среде, объясняет формирование самых разных биологических паттернов, например, рисунков на шкуре леопарда или узоров тропических рыб. До сих пор существовали лишь отдельные доказанные примеры работы модели Тьюринга.
«Мы же показали путём соотнесения математических моделей и реальных картинок, что на поверхности глаз насекомых формируются все возможные типы тьюринговских структур, включая переходные формы между ними, окончательно подтвердив правоту гениального математика», — сказал кандидат биологических наук, научный сотрудник Института белка РАН Артем Благодатский.
[Публикация подготовлена Центром популяризации научных знаний МГУ им. М.В. Ломоносова]
