Berbagai macam corak dan pola bulu hewan telah lama menjadi teka-teki bagi para ilmuwan. Totol macan, belang harimau, belang zebra, dan pola-pola lainnya memiliki keunikan yang sulit dijelaskan secara ilmiah. Kini, sekelompok peneliti semakin dekat untuk menjawab pertanyaan mendasar: bagaimana hewan mendapatkan totol, belang, dan semua pola tersebut?
**Alan Turing dan Teori Awal**
Berdasarkan laporan Popsci, teka-teki pola ini bahkan sempat membingungkan pemecah kode terkenal, Alan Turing. Pada tahun 1952, matematikawan Inggris tersebut berhipotesis bahwa saat jaringan berkembang, ia menghasilkan agen kimia yang bergerak, mirip dengan cara susu putih menyebar ketika dituangkan ke dalam kopi hitam.
Dalam teori Turing, beberapa bahan kimia mengaktifkan sel penghasil pigmen, menciptakan totol. Bahan kimia lain menghentikan sel-sel ini, menciptakan ruang kosong di antaranya. Namun, simulasi komputer berdasarkan ide Turing menghasilkan totol yang lebih kabur daripada yang ditemukan di alam.
**Penyempurnaan Teori dengan Diffusiopherosis**
Pada tahun 2023, insinyur kimia Ankur Gupta dari University of Colorado at Boulder dan kolaboratornya menyempurnakan teori Turing dengan menambahkan mekanisme lain yang disebut diffusiopherosis—proses di mana partikel yang berdifusi menarik partikel lain bersamanya.
Meskipun diffusiopherosis dapat menghasilkan pola dengan garis luar yang lebih tajam (diuji pada pola heksagon pada ornate boxfish), hasilnya tetap terlalu sempurna. Padahal, di alam, tidak ada pola yang sempurna. Belang hitam zebra bervariasi ketebalannya, dan heksagon pada boxfish tidak pernah seragam.
**Terobosan: Ukuran Sel sebagai Faktor Kunci**
Gupta dan timnya kemudian berusaha menyempurnakan teori diffusiopherosis mereka. “Kami mengusulkan ide sederhana yang dapat menjelaskan bagaimana sel-sel berkumpul untuk menciptakan variasi ini,” kata Gupta.
Dalam studi yang diterbitkan di jurnal Matter, Gupta dan timnya merinci bagaimana mereka meniru pola dan tekstur yang tidak sempurna tersebut. Setelah memberikan ukuran yang ditentukan pada sel-sel individu dan kemudian memodelkan bagaimana setiap sel bergerak melalui jaringan, simulasi mulai menghasilkan pola yang kurang seragam.
**Analogi Bola dalam Tabung**
Gupta membandingkan fenomena ini dengan bola dengan ukuran berbeda yang bergerak melalui sebuah tabung. Bola yang lebih besar, seperti bola basket, akan menciptakan garis luar yang lebih tebal daripada bola golf.
Hal yang sama berlaku pada sel—ketika sel yang lebih besar mengumpul, mereka membuat pola yang lebih lebar. Jika sel mengalami ‘kemacetan’ serupa, hasilnya adalah putusnya garis pada belang.
“Kami dapat menangkap ketidaksempurnaan dan tekstur ini hanya dengan memberikan ukuran pada sel-sel ini,” kata Gupta.
**Hasil Simulasi yang Lebih Realistis**
Simulasi baru mereka menunjukkan patahan dan tekstur kasar yang lebih mirip dengan yang ditemukan di alam. Pendekatan ini berhasil menjelaskan mengapa pola-pola alami tidak pernah sempurna dan memiliki variasi yang unik.
**Aplikasi Masa Depan**
Memahami bagaimana sel-sel pembuat pola berkumpul dapat membawa manfaat besar di masa depan. Tim berencana menggunakan interaksi yang lebih kompleks antara sel dan agen kimia latar belakang untuk meningkatkan akurasi simulasi mereka.
Pengetahuan ini dapat membantu para insinyur mengembangkan bahan yang dapat mengubah warna berdasarkan lingkungannya, seperti yang dilakukan kulit bunglon. Selain itu, penelitian ini juga dapat membantu menciptakan pendekatan yang lebih efektif untuk mengirimkan obat ke bagian tubuh tertentu.
**Inspirasi dari Ketidaksempurnaan Alam**
“Kami mengambil inspirasi dari keindahan yang tidak sempurna dari sistem alami dan berharap dapat memanfaatkan ketidaksempurnaan ini untuk jenis fungsionalitas baru di masa depan,” tutup Gupta.
**Implikasi Ilmiah**
Penelitian ini menandai langkah penting dalam pemahaman mekanisme pembentukan pola pada makhluk hidup. Dengan memahami bahwa ukuran sel berperan crucial dalam menciptakan variasi pola, ilmuwan kini memiliki alat yang lebih akurat untuk mempelajari dan meniru sistem biologis.
**Potensi Teknologi Biomimetik**
Temuan ini membuka peluang pengembangan teknologi biomimetik yang dapat menghasilkan material dengan pola-pola yang dapat berubah sesuai kondisi lingkungan. Hal ini berpotensi menghasilkan inovasi di berbagai bidang, mulai dari tekstil hingga teknologi medis.
**Kontribusi terhadap Biologi Perkembangan**
Penelitian Gupta dan timnya memberikan kontribusi signifikan terhadap pemahaman biologi perkembangan, khususnya dalam menjelaskan bagaimana organisme membentuk pola-pola kompleks selama masa pertumbuhan. Hal ini dapat membantu ilmuwan memahami gangguan perkembangan dan mencari solusi medis yang lebih baik.
Sumber: Kompas.com
Buku Terkait: