Физика помогает разбираться в природе: объясняет приливы, позволяет заглянуть внутрь клетки с помощью микроскопов. Но теперь ученые идут от обратного — изучают биологию, чтобы открыть новые физические законы. Исследователи из Окинавского института науки и технологий обнаружили в коже кальмара первое в природе проявление гипербеспорядка — явления, при котором хаос усиливается с ростом системы.

Команда биологов и физиков опубликовала работу в журнале PRX, где показала, как рост кальмара влияет на расположение клеток-хроматофоров, отвечающих за маскировку. Вместо ожидаемой упорядоченности ученые увидели странную закономерность: в малом масштабе клетки выстраивались четко, но при увеличении области обзора их расположение становилось хаотичным.

В других растущих системах, например, в клетках глаз цыплят, ранее находили гипероднородность — порядок в большом масштабе при локальном хаосе, — говорит Роберт Росс, ведущий автор исследования. — Мы ждали того же у кальмаров, но столкнулись с обратным. Пока это единственный известный биологический пример гипербеспорядка, но мы уверены: такое встречается и в других растущих системах.

Ученые три месяца наблюдали за кальмарами, фиксируя 3D-изображения их кожи. Хроматофоры появлялись в строгих позициях относительно друг друга, формируя узор.

Чтобы понять физику процесса, команда создала математическую модель — растущую поверхность с жесткими дисками, имитирующими клетки.

Эта работа доказывает: рост системы меняет ее физические свойства, — говорит Симона Пиголотти, соавтор исследования. — Наша модель универсальна, и теперь можно изучать гипербеспорядок в других системах — от биологии до материаловедения.

Открытие гипербеспорядка в биологии расширяет понимание самоорганизации материи. Это может помочь:

• В биоматериалах — создать адаптивные покрытия, меняющие структуру при росте.
• В медицине — предсказывать аномалии в развитии тканей.
• В физике — улучшить модели роста кристаллов или наночастиц.

При этом помним, что исследование ограничено одним видом (кальмары) и не учитывает влияние внешних факторов (температура, давление). Без проверки на других биосистемах выводы остаются гипотезой.

Ранее ученые разработали камуфляжное покрытие на основе белка кальмара.