Hvorfor dyr har prikker og striper

Disse naturlige designene har lenge fascinert både biologer og matematikere, og nå mener forskere at de er nærmere en forklaring på hvordan mønstrene faktisk oppstår.

Et mønster selv Alan Turing ikke klarte å forklare

Allerede i 1952 foreslo den britiske matematikeren Alan Turing en teori om hvordan dyr får sine karakteristiske mønstre. Han mente at kjemiske stoffer i utviklende vev sprer seg på samme måte som melk som helles i kaffe – noen av stoffene aktiverer pigmentceller som danner farger, mens andre stanser dem, noe som skaper de tomme feltene mellom flekkene.

Problemet var at datamodellene basert på Turings idé ga uklare og urealistiske mønstre sammenlignet med virkeligheten.

En oppdatert forklaring fra moderne kjemiingeniører

I 2023 videreutviklet kjemiingeniøren Ankur Gupta ved University of Colorado sammen med kolleger teorien ved å legge til et nytt fenomen kalt diffusiophorese – en prosess der partikler som diffunderer, drar andre partikler med seg. Prinsippet ligner på hvordan såpe trekker skitt ut av klær under vask.

Forskerne testet teorien på det sekskantede mønsteret til den fargerike fisken ornate boxfish fra Australia. Metoden ga mønstre med skarpere kanter enn tidligere modeller, men resultatene var for perfekte – alle sekskantene var like store og jevnt plassert. I naturen er mønstrene ufullkomne: sebraens striper varierer i tykkelse, og fiskens mønster har små avvik.

Når ufullkommenhet skaper naturens skjønnhet

I en ny studie publisert i tidsskriftet Matter viser Gupta og teamet hvordan de klarte å etterligne disse ujevnhetene. De ga cellene ulike størrelser og simulerte hvordan de beveger seg gjennom vev. Resultatet ble naturlig ujevne mønstre – akkurat som i dyrenes pels.

Fenomenet kan sammenlignes med baller som ruller gjennom et rør. Store baller danner tykkere linjer, mens små baller skaper tynnere. Når ballene støter på hverandre, oppstår brudd i linjene – det samme skjer i naturen når celler «kolliderer» og bryter opp et mønster.

Mer naturtro mønstre og nye bruksområder

Simuleringene ga resultater som ligner mye mer på virkelige dyr, med små brudd og teksturer som gir liv til mønstrene. Forskerne tror at en dypere forståelse av hvordan slike mønstre dannes kan få praktiske bruksområder – fra materialer som endrer farge som en kameleon, til mer presise metoder for medisindistribusjon i kroppen.

Gupta sier at inspirasjonen ligger i naturens ufullkommenhet: «Vi lærer av naturens små feil – og i dem kan vi finne nye ideer for hvordan vi designer fremtidens materialer.»