Ett system som föreslogs av världskrigets tvåbrytare Alan Turing för mer än 60 år sedan kan förklara mönstret av tandliknande vågar som hajar äger, enligt ny forskning.

Forskare från University of Sheffields avdelning för djur- och växtvetenskap fann att Turings reaktion-diffusionsteori-allmänt accepterad som mönstermetod i mushår och kycklingfjädrar-också gäller hajskalor.

Fynden kan förklara hur mönstret för hajskalor har utvecklats för att minska motståndet medan du simmar, och därmed spara energi under rörelse. Forskare tror att studera mönstret kan hjälpa till att designa nya hajinspirerade material för att förbättra energi och transporteffektivitet.

Turing, datorns förfader, kom med reaktionsdiffusionssystemet som publicerades 1952, två år före hans död. Hans ekvationer beskriver hur molekylära signaler kan interagera för att bilda komplexa mönster.

I tidningen, publiceras idag i tidningen Vetenskapliga framsteg , forskare jämförde mönstret av hajskalor med kycklingfjädrarna.

De fann att samma kärngener som ligger till grund för fjädermönster också ligger till grund för utvecklingen av hajskalor och föreslår att dessa gener kan vara inblandade i mönstringen av andra olika ryggradsdjurstrukturer, som ryggrad och tänder.

Dr Gareth Fraser, tidigare vid University of Sheffield och nu vid University of Florida, sa:"Vi började titta på kycklingar och hur de utvecklar sina fjädrar. Vi hittade dessa mycket fina linjer med genuttryck som mönstret där dessa fläckar dyker upp som så småningom växer till fjädrar. Vi trodde att hajen kanske gör en liknande sak, och vi hittade två rader på ryggytan, som startar hela processen.

"Vi samarbetade med en matematiker för att ta reda på vad mönstret är och om vi kan modellera det. Vi fann att hajhudtandar är exakt mönstrade genom en uppsättning ekvationer som Alan Turing - matematikern, datavetare och kodbrytaren - kom på.

"Dessa ekvationer beskriver hur vissa kemikalier interagerar under djurens utveckling och vi fann att dessa ekvationer förklarar mönstret av dessa enheter."

Forskare visade också hur anpassning av ingångarna i Turings system kan resultera i olika skalmönster som kan jämföras med de som ses hos hajar och strålarter som lever idag.

De föreslår att naturliga variationer av Turings system kan ha möjliggjort utvecklingen av olika egenskaper inom dessa djur, inklusive tillhandahållande av dragreducering och defensiv rustning.

Rory Cooper, Ph.D. student vid University of Sheffield, sade:"Hajar tillhör en uråldrig grupp av ryggradsdjur, länge separerade från de flesta andra käftade ryggradsdjur. Att studera deras utveckling ger oss en uppfattning om hur hudstrukturer kan ha sett ut tidigt i ryggradsdjurens utveckling.

"Vi ville lära oss om de utvecklingsprocesser som styr hur dessa olika strukturer mönstras, och därför de processer som underlättar deras olika funktioner. "

Forskare använde en kombination av tekniker inklusive reaktionsdiffusionsmodellering för att skapa en simulering baserad på Turings ekvationer, för att visa att hans system kan förklara hajskalmönster, när parametrarna är rätt inställda.

Cooper tillade:"Forskare och ingenjörer har försökt att skapa hajhudinspirerade material för att minska motstånd och öka effektiviteten under rörelse, av både människor och fordon, under många år.

"Våra resultat hjälper oss att förstå hur hajvågar är mönstrade, vilket är viktigt för att möjliggöra deras funktion i dragreducering.

Därför, denna forskning hjälper oss att förstå hur dessa dragreduktiva egenskaper först uppstod i hajar, och hur de förändras mellan olika arter. "

Mönster är en viktig aspekt som bidrar till att uppnå dragreduktion hos vissa hajarter. En annan är formen på individuella skalor. Forskare vill nu undersöka de utvecklingsprocesser som ligger till grund för variationen i form både inom och mellan olika hajarter.

"Att förstå hur båda dessa faktorer bidrar till dragminskning kommer förhoppningsvis att leda till produktion av förbättrade, allmänt tillämpbara hajinspirerade material som kan minska motstånd och spara energi, "tillade herr Cooper.