Как получаются узоры на раковинах моллюсков ?

Необычный подход к раскрытию загадки рисунков на моллюсках использовали аспирант Алистер Биттайгер (Alistair Boettiger) из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley), его соратник по университету биофизик Джордж Остер (George Oster), а также нейрофизиолог Бэрд Ирментраут (Bard Ermentrout) из Питтсбурга (University of Pittsburgh).

Они утверждают, что за создание специфических цветных узоров раковин, равно как и за выбор их формы, включая мелкие детали вроде бугров и борозд, отвечают нейронные сети, встроенные в мантии того или иного моллюска. Растущая мантия помнит распределение веществ (в частности, карбоната кальция) в слое, заложенном накануне, и выстраивает новый слой сообразно общему плану.

Ещё в 1865 году австрийский физик Эрнст Мах (Ernst Mach) выдвинул предположение, что за некоторые из обманов зрительного восприятия отвечает так называемое латеральное торможение (lateral inhibition). Фактически оно было открыто и подтверждено много позже — уже в XX веке.

Эффект заключается в следующем: рецептор (палочка), который испытывает наиболее сильный стимул (свет), не только посылает соответствующий сигнал в мозг, но и подавляет реакцию на свет у нескольких соседних клеток (то есть окружает себя зоной торможения).
В результате автоматически повышается контраст наблюдаемого изображения и улучшается восприятие граней и границ предметов, особенно в условиях низкой освещённости. Тот же эффект, заметим, работает и в случае тактильного восприятия и работы сенсоров в коже.
Биттайгер и его коллеги выяснили, что все рисунки на раковинах можно разделить на три класса: полосы, идущие параллельно растущему краю, полосы, идущие перпендикулярно растущему краю, и сложные рисунки, формирующие регулярно повторяющиеся пятнышки, шеврончики и так далее, как поясняют авторы — созданные бегущими волнами пигмента и кальция.
Проявление того или иного типа рисунка зависит от характера работы латерального торможения нейронов в мантии моллюска.

В каждой паре моллюск слева – настоящий, справа – компьютерный. Сходство очевидно. (фото Alistair Boettiger/UC Berkeley)
Если клетки, выдающие пигмент, подавляют секрецию пигмента в соседних клетках, но не у себя, одна и та же схема распределения "строительного раствора" повторяется изо дня в день, генерируя полосу, перпендикулярную растущему краю раковины. Если так же действуют секреторные клетки, производящие карбонат кальция, — появляются гребни.

Учёные отмечают, что по мере роста размеров раковины гребни и полосы делятся (ветвятся), оставаясь каждый (-ая) той же ширины, что и раньше. Это обусловлено чисто математически — физический размер регионов ингибирования нейронов в любом месте одинаков.
Полосы, параллельные краю раковины, авторы модели объяснили ингибированием секреторной деятельности клеток в будущем (с отсрочкой). Пигмент, полученный в один день, может сдерживать работу секреторных клеток в течение нескольких следующих дней, в результате создавая эффект включения/выключения краски, приводящий к серии полос.
Наиболее же интересны, модели, которые генерируют зигзаги, алмазы, шевроны, наконечники стрел и так далее. Это происходит, когда имеющийся пигмент угнетает секрецию на этом же участке, только в будущем, но возбуждает секрецию в окружающих клетках. Пятна пигмента, таким образом, "движутся" вбок изо дня в день по мере роста моллюска, производя нечто вроде бегущей волны.


Ещё две компьютерные раковины, выращенные алгоритмом Биттайгера, Остера и Ирментраута, оказались идентичны реальным ядовитым моллюскам: мраморному конусу (Conus marmoreus, вверху) и Conus gloriamaris (внизу). Настоящие раковины показаны на врезках.

http://www.oceanology.ru/molluscs-pattern-formation/
http://www.membrana.ru/print.html?1239285060

Нейроные сети

За создание цветных узоров раковин, отвечают нейронные сети.