Wetenschap Haaienhuid

Waarom schubben van haaien dit patroon hebben? De wiskundige theorie van Alan Turing verklaart het

De Britse wiskundige Alan Turing (de man die in de Tweede Wereldoorlog het Duitse coderingssysteem ontcijferde) verklaarde in de jaren vijftig aan de hand van wiskundige regels hoe unieke patronen in de vacht van dieren kunnen ontstaan. Zijn theorie maakt duidelijk hoe veel dieren aan de regelmatige verspreiding van veren en haren op hun huid komen. Onderzoekers hebben nu ontdekt dat op deze manier ook de structuur van de huid van haaien kan worden verklaard.

Haaienhuid. Beeld Rory Cooper

De zogeheten reactie-diffusie-theorie van Alan Turing wordt in brede wetenschappelijke kring erkend als een methode om de verscheidenheid aan patronen in het dierenrijk te verklaren: van de strepen van de zebra tot de veren van de kip. Britse wetenschappers toonden aan dat de theorie ruimer toepasbaar is dan tot nu toe werd aangenomen. Ze stellen dat daarmee ook de verdeling van de tandachtige schubben – huidtanden – over de huid van haaien kan worden verklaard.

De huid van de haai heeft eigenschappen die ervoor zorgen dat het dier zich met geringe weerstand door het water beweegt. De huid is bedekt met duizenden puntige huidtandjes, die op elke plek van het lichaam variëren in vorm en omvang. Met de achterwaarts gerichte plaatjes voelt de huid aan als schuurpapier.

Haaienhuid en kippenveren

Turing is de oervader van de moderne computer en de man die in de Tweede Wereldoorlog het Duitse coderingssysteem ontcijferde. Hij beschreef met wiskundige formules hoe moleculen op elkaar reageren en complexe patronen vormen. Voor hun studie, gepubliceerd in Science Advances, vergeleken Britse onderzoekers de patroonvorming van de haaienhuid met die van kippenveren. Ze ontdekten overeenkomsten: net als de kippenveer volgde het patroon van de haaienhuid het model van Turing. Dezelfde genen die betrokken zijn bij het patroon van de haaienschubben blijken een rol te spelen bij de ontwikkeling van huidstructuren van andere gewervelde dieren.

Kraakbeenvissen, de groep waartoe haaien behoren, staan in de levensboom ver af van de dieren waarmee de toepasbaarheid van Turings theorie eerder is aangetoond. Daaruit maken de onderzoekers op dat de gemeenschappelijke genetische signalen al heel lang – zo’n 450 miljoen jaar, ofwel de hele evolutionaire geschiedenis van de gewervelde dieren – de verdeling van haren, stekels, schubben en veren bepalen.

‘Dit onderzoek laat mooi zien dat de mechanismen voor patroonvorming heel oud zijn’, reageert Roeland Merks, hoogleraar mathematische biologie aan de Universiteit Leiden. ‘Het wordt steeds duidelijker dat het wiskundig model van Turing bij tal van organismen een rol speelt in het proces van patroonvorming.’

Merks, niet betrokken bij de studie, vindt het jammer dat de Britten niet wat ‘dieper graven’. Turing ging ervan uit dat patronen worden gevormd door de interactie tussen twee chemische stoffen – morfogenen – die activeren en afremmen. ‘De onderzoekers vragen zich niet af of ook andere dingen een rol kunnen spelen. We weten bij de zebravis inmiddels dat niet de chemische stofjes, maar de pigmentcellen zelf actief zijn. Die geven elkaar tikjes, jagen elkaar weg en trekken elkaar aan. Het komt overeen met wat Turing voorstelde, maar dan met cellen en niet met morfogenen. Wiskundig is het hetzelfde, maar biologisch wat anders.’

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.