生物物理学：皮膚の鱗で構成される、生きたメゾスコピック・セルオートマトン

脊椎動物では、皮膚の色のパターンは、細胞間相互作用の微視的な非線形力学系から現れる。今回我々は、ホウセキカナヘビというトカゲの緑色と黒色の迷路状の皮膚色パターンが、個々の色素細胞ではなく、準六方格子状になった皮膚の鱗によって決まることを示す。我々は、トカゲの鱗の色のダイナミクスを4年間の成長期間にわたって時系列解析し、このパターンがセルオートマトン（格子状の要素の状態が、隣接する要素の状態に基づく一連の規則に従って繰り返し変化する）によって生じることを実証する。セルオートマトンにより、個々のメゾスコピックな鱗の色状態が力学的に計算され、対応する巨視的な色パターンが生成される。我々は、数値シミュレーションと数学的導出を用いて、連続的なチューリングの反応拡散系から離散的なフォン・ノイマンのセルオートマトンがどのようにして現れるかを突き止めた。皮膚の鱗の三次元形態形成によって生じる皮膚の厚さのばらつきが原因となって、基礎となる反応拡散ダイナミクスが微視的空間スケールとメゾスコピック空間スケールへと分離し、後者からセルオートマトンが生成される。今回の研究結果は、セルオートマトンは抽象的な計算上の系であるばかりでなく、生物進化によって生じる過程に直接対応する可能性があることを示している。

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