Raubtier-Mathematik Modell fürs Fell

Junge Raubkatzen haben Flecken, ältere Tiger sind gestreift. Nun fanden Biomathematiker heraus: Die Entwicklung der Fellmuster lässt sich mit einem einzigen Modell beschreiben - für unterschiedliche Tiere. Die Idee geht auf den Ur-Informatiker Turing zurück.


Im Zweiten Weltkrieg half Alan Turing dem britischen Geheimdienst dabei, Hitlers Enigma-Kodiermaschine zu knacken. Den Informatikern gilt er als Gründervater ihrer Disziplin, und mit der sogenannten Turing-Maschine stellte das Zahlengenie ein Modell vor, das die Arbeitsweise moderner Computer vorwegnahm. Für viele von Turings mathematischen Arbeiten wurde auch nach Kriegsende nie die Geheimhaltung aufgehoben.

Im Jahr 1952 jedoch veröffentlichte der Brite eine Arbeit zu einem ganz anderen Thema: Unter dem Titel "The Chemical Basis of Morphogenesis" beschrieb er, wie Zebras zu ihren Streifen und wie Leoparden zu ihren Rosetten kommen - ganz mathematisch versteht sich, denn sein Modell ließ sich in einer einzigen Gleichung zusammenfassen.

Nach Turings Vorstellung gab es zwei chemische Substanzen, die er als Morphogene bezeichnete. Eines davon sorge dafür, dass ein Haar schwarz (oder andersfarbig) würde, die zweite Sorte sorge für helle Haare. Je nach dem, wie die Morphogene durch das Fell wanderten und miteinander reagierten, würde das Haar farbig oder nicht. Schließlich würde ein Muster aus Flecken oder Streifen entstehen. All das ließ sich mit Turings Reaktions-Diffusions-Gleichung berechnen.

Nicht erklären konnte Turings Musterungsmodell, wie sich die Flecken im Laufe eines Tierlebens weiterentwickeln, wie also aus einfachen Felltüpfeln komplexe Muster entstehen, während etwa eine Raubkatze erwachsen wird. Nun haben sich Biomathematiker Turings Idee noch einmal vorgenommen. In der Fachzeitschrift "Physical Review E" stellen sie ein verändertes Turing-Konzept vor, das die Entwicklung von simplen Tierbaby-Tüpfeln zu komplizierten Fellmustern beschreiben kann.

Computermodell beschreibt flauschiges Fell

Der Biomathematiker Philip Maini von der University of Oxford und zwei Physiker aus Taiwan konnten außerdem zeigen, dass nicht jede Raubkatzen-Art auf ihre eigene Weise einen bestimmten Look entwickelt, sondern dass alle Spezies ein gemeinsames Grundprinzip nutzen.

Die Wissenschaftler waren jedoch nicht in der freien Wildbahn unterwegs - sie sind ja keine Zoologen -, sondern schauten sich in ihren Büros Fellmuster von Leoparden und Jaguaren in unterschiedlichen Altersstufen an. Dann entwickelten sie am Computer ein Modell, Alan Turings Idee aus den fünfziger Jahren immer im Hinterkopf.

Dabei hätten sie festgestellt, dass sich die Fellmuster in zwei Phasen entwickelten, schreiben Maini und seine Kollegen. Zunächst einmal entstünden bei den Tierbabys die simplen Flecken, dann erst würden daraus Streifen, Rosetten und andere Muster.

Maini berichtet, dass er so lange an den Parametern des Modells gedreht habe, bis sich die Musterveränderungen von einem Foto zum nächsten korrekt mathematisch beschreiben ließen. Die Belohnung für die Forscher: Sie konnten schließlich theoretisch nachweisen, wie aus Baby-Flecken komplizierte Fellmuster ausgewachsener Leoparden und Jaguare werden.

Ein Entwicklungssystem für viele Großkatzen-Arten

Wie Heribert Hofer, Direktor des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (IZW), im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE erläuterte, sei die Vielfalt an Fellmustern bei den verschiedenen Großkatzen nun mit einem einzigen, relativ einfachen System beschreibbar. Es gebe einen gemeinsamen Ursprung, so der Raubtierspezialist, die Streifen von Tigern und die kunstvollen Rosetten der Leoparden entstünden also nicht durch verschiedene Modelle.

Paläontologen hatten bereits herausgefunden, dass die stammesgeschichtlich älteste Form der Raubkatzen bereits Tüpfel auf ihrem Fell gehabt hat. Und so wie sich diese Flecken in der Evolution zu verschiedenen, teils komplexen Mustern entwickelt hätten, müssten sich die simplen Flecken von Jungtieren im Leben jedes einzelnen Tiers verändern, erklärte Hofer.

Der IZW-Direktor bezeichnet das theoretische Modell der Biomathematiker als einen "großen Fortschritt" für die Entwicklungsbiologie: "Es ist ein mathematisches Modell, das biologisch vertretbar ist", so Hofer. "Das alles heißt aber noch nicht, dass die Musterentwicklung immer nach diesem Modell abläuft", gibt Hofer zu bedenken. "Außerdem haben wir immer noch nicht die genetische Grundlage dafür gefunden." Immerhin galt Turings Geistesblitz den Gesetzmäßigkeiten hinter der tierischen Deko - nicht den Ursachen ihres Entstehens.

fba



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