Феномен «разбитых» тюльпанов веками волновал коллекционеров и ученых. Хотя с 1928 года известно, что уникальные полосатые узоры тюльпанов вызываются вирусной инфекцией, точный механизм их формирования оставался загадкой до настоящего времени.
Новое исследование под руководством профессора Томаса Хиллена из университета Альберты, результаты которого опубликованы в журнале Nature Communications Biology, раскрывает секрет этого явления.
Хиллен и его коллеги показали, что вирус подавляет синтез антоцианов — пигментов, отвечающих за яркость окраски цветка. «Растение хочет произвести пигмент, а вирус хочет произвести вирус. И если вирус очень сильный, он полностью захватывает механизм, и больше нет ресурсов для производства какой-либо окраски», — отмечает Хиллен.
Зараженные участки становятся почти бесцветными, а менее пораженные сохраняют насыщенные тона. В результате на лепестках образуются резкие контрастные полосы, придающие цветку его знаменитый вид.
Исследователи разработали математическую модель, объединяющую два механизма. Первый —
Второй важный элемент модели — принцип позиционной информации, предложенный биологом Льюисом Уолпертом. Он объясняет, как клетки определяют свое место и функцию в организме по химическим сигналам. Если сигнал сильный, клетка остается и становится частью нужной ткани, если слабый — ищет другое место. У тюльпанов этот процесс задает распределение пигмента на лепестках: слабый сигнал — бледный цвет, сильный — насыщенный. Так и рождается полосатый узор.
Для проверки теории ученые использовали компьютерное моделирование на MATLAB. Была создана симуляция, результаты которой поразительно напоминали узоры настоящих тюльпанов. Математическая модель точно отобразила, как интенсивные зараженные области теряют цвет, а менее пораженные — сохраняют яркость, формируя сложную мозаику на лепестке.
Дополнительно было установлено, что модель учитывает тонкие изменения в скорости распространения вируса и распределении клеточных ресурсов, что позволяет не только объяснить феномен полосатых тюльпанов, но и предсказать, как подобные механизмы могут действовать у других растений с похожим способом транспорта питательных веществ. Новые данные могут помочь ботаникам в борьбе с вирусными инфекциями и способствовать селекции устойчивых сортов цветов.
Объединение математики, биологии и компьютерного моделирования позволило раскрыть тайну «разбитых» тюльпанов, продемонстрировав, как небольшие изменения на клеточном уровне могут создавать великолепные природные узоры, известные еще во времена тюльпаномании в XVII веке.
Интересно также, что искусственный интеллект научили следить за состоянием городских деревьев.
