Loài Rắn là sinh vật hấp dẫn đã quyến rũ con người trong nhiều thế kỷ. Chúng có một cách độc đáo để phát triển các mẫu da, bao gồm hàng trăm vảy được sắp xếp theo hình lục giác gần như hoàn hảo. Làm thế nào để chúng đạt được những chiếc vẩy đáng chú ý này?

Xem thêm: Loài chuột quý hiếm tồn tại mà không có nhiễm sắc thể Y.

Xem thêm: Cách Bạch tuộc và mực cảm nhận thế giới qua “Vị giác”

Chúng ta sẽ khám phá cách rắn sử dụng kết hợp các nguyên tắc toán học và sinh học để tạo ra những thiết kế tuyệt đẹp của chúng.

Bí ẩn về vảy loài rắn

Vảy rắn không ngẫu nhiên hay hỗn loạn. Chúng là kết quả của hai quá trình tương tác: “thông tin vị trí” và “phản ứng-khuếch tán”. Thông tin vị trí mà các tế bào nhận được từ môi trường xung quanh để xác định vị trí và danh tính của chúng. Phản ứng-khuếch tán là một cơ chế tạo ra các mẫu hoa văn thông qua sự tương tác của các hóa chất khuếch tán và phản ứng với nhau.

loài rắn
Vảy của loài rắn sắp xếp rất đẹp. Ảnh: Creative Commons Attribution 2.0 Generic

Hai quá trình này kết hợp với nhau để tạo thành vảy của rắn. Bước đầu tiên là hình thành các mảng, là những mảng da nhỏ dày lên đánh dấu các vị trí tương lai của vảy. Placodes là một loại tế bào đặc biệt và phổ biến ở nhiều loài động vật, chẳng hạn như chim, động vật có vú và bò sát, nhưng chúng khác nhau về cách sắp xếp và tổ chức.

Ở loài rắn, placodes được sắp xếp theo thứ tự cao và tuân theo một mô hình được mô tả lần đầu tiên bởi nhà toán học Alan Turing vào năm 1952. Turing đề xuất rằng các mẫu hoa văn có thể xuất hiện từ sự tương tác của hai chất: một chất kích hoạt kích thích quá trình sản xuất của chính nó và một chất ức chế gần đó ngăn chặn nó. Khi các chất này khuếch tán và phản ứng với nhau, chúng có thể tạo ra các mẫu đốm, sọc hoặc hình lục giác ổn định.

Vai trò của một yếu tố hóa học

Tuy nhiên, chỉ riêng phản ứng khuếch tán không thể giải thích làm thế nào vảy rắn phù hợp với cấu trúc bên trong của chúng, chẳng hạn như xương sườn và đốt sống. Để làm được điều này, cần có một yếu tố khác: “somemites”. Somemites là những khối tế bào hình thành dọc theo trục cơ thể của động vật có xương sống và tạo nên bộ xương, cơ và lớp hạ bì. Somemites cung cấp thông tin vị trí cho các tế bào da đang phát triển và ảnh hưởng đến hình dạng của chúng.

Ở rắn, một số con đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển của vảy. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Geneva đã sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 để tạo ra loài rắn biến đổi gen đầu tiên trên thế giới. Họ đã phá vỡ một gen gọi là EDA, gen cần thiết cho sự hình thành vảy ở loài bò sát. Họ phát hiện ra rằng những con rắn đột biến thiếu vảy vây lưng (hình lục giác ở lưng và hai bên), nhưng vẫn có vảy bụng (một hàng duy nhất trên bụng).

loài rắn
Hình ảnh từ nghiên cứu về loài rắn Ngô có vảy và không có vảy. Ảnh: ATHANASIA C. TZIKA và Cộng sự

Điều này cho thấy vảy bụng phát triển đầu tiên và độc lập với phản ứng khuếch tán. Chúng được căn chỉnh với vị trí của “hypaxial somites”, nằm ở phần dưới của trục cơ thể. Các vảy bụng sau đó đóng vai trò như mỏ neo cho sự hình thành tiếp theo của vảy lưng-bên, vốn chịu ảnh hưởng của cả phản ứng-khuếch tán và một số vảy.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các vảy vây lưng phát triển theo hai đợt đi từ đầu đến đuôi và gặp nhau ở hai bên. Những sóng này được điều khiển bởi sự khuếch tán phản ứng, nhưng chúng cũng được hướng dẫn bởi một số hạt. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng bước sóng khuếch tán phản ứng phù hợp với tính chu kỳ của một số điểm, đảm bảo rằng mỗi thang đo tương ứng với một điểm nào đó.

Sự liên kết này rất quan trọng đối với chuyển động của rắn, vì nó cho phép phối hợp giữa sự co cơ và ma sát của vảy. Như Athanasia Tzika, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Loài rắn đã phát triển một hệ thống trong đó kiểu da của nó thích ứng hoàn hảo với bộ xương của nó.”

Nghiên cứu được đăng trên: Advancement of Science

Share.
Theo dõi
Thông báo của
guest
0 Góp ý
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận