Niedawne badania opublikowane w czasopiśmie naukowym iScience ujawniają, że żółwie są pierwszymi znanymi kręgowcami, które wykorzystują dwa różne mechanizmy do tworzenia łusek na głowie: jeden oparty na sygnałach genetycznych, a drugi czysto mechaniczny. Odkrycie to pogłębia naszą wiedzę na temat ewolucji i otwiera drzwi do innowacji technologicznych.
Tradycyjnie, struktury skóry, takie jak łuski, pióra i włosy u kręgowców, powstają z plakod, wyspecjalizowanych regionów naskórka kontrolowanych przez wysoce zachowane sygnały genetyczne. Jednak krokodyle stanowią wyjątek: ich łuski na głowie powstają poprzez fizyczne fałdowanie rosnącej skóry. Naukowcy z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) odkryli teraz, że żółwie łączą oba procesy, co jest podejściem bezprecedensowym wśród kręgowców.
Wykorzystując mikroskopię 3D light-sheet i modelowanie obliczeniowe, zespół wykazał, że proste siły fizyczne wystarczają do generowania nieregularnych wzorów obserwowanych w łuskach żółwi. Modele symulacyjne, dostosowując parametry, takie jak sztywność tkanki i tempo wzrostu, zdołały odtworzyć rzeczywiste kształty łusek widoczne u różnych gatunków żółwi. Odkrycie to kwestionuje tradycyjne paradygmaty biologii rozwoju.
Z ewolucyjnego punktu widzenia, żółwie (Testudinata) są najbliższymi żyjącymi krewnymi krokodyli i ptaków. Fakt, że żółwie i krokodyle dzielą fizyczny mechanizm tworzenia łusek sugeruje, że jest to cecha przodków, obecna u ostatniego wspólnego przodka grupy. Badania te podkreślają aktywną rolę fizyki w morfogenezie, procesie biologicznym, który powoduje, że organizm rozwija swój kształt.
Poza wpływem akademickim, badania te otwierają drzwi do innowacji technologicznych. Zrozumienie, w jaki sposób natura tworzy złożone struktury w oparciu o proste prawa fizyczne, stwarza możliwości postępu w biomimikrze, medycynie regeneracyjnej i projektowaniu materiałów. Badania te pokazują, w jaki sposób mechaniczne fałdowanie może kształtować wzorce biologiczne, oferując praktyczne rozwiązania inspirowane naturą.