چگونه اسرار آمیز ترین اسرار جهان را باز کرده اسرار زیبایی طبیعت

علم بدون نیاز به تماس با تیپ آتش نشانی نیست rokopix / Shutterstock

رفتن به طبیعت ممکن است یک دنیای دور از کلاس ریاضی به نظر برسد. اما زیبایی که ما را احاطه کرده است، نظم دارد - و یکی از بهترین کدنویسان جهان، کلید باز کردن آن بود.

آلن تورینگ ممکن است برای رمزگشایی پیام های آلمانی که توسط دستگاه انیگما خود در جنگ جهانی دوم ایجاد شده است، بهتر شناخته شود. اما دانشمند با نفوذ در مورد تعامل بین طبیعت و ریاضیات در عمق بزرگ قبل از مرگ خود را در 1954 در نظر گرفت. در حقیقت، او آخرین مقاله منتشر شده یکی از نظریه های بنیادین زیست شناسی ریاضی شد، موضوعی که برای درک چگونگی کارکرد مکانیسم های طبی توسط پیدا کردن معادلات که آنها را توصیف می کند، از تغییرات جمعیت گونه ها تا نحوه رشد تومورهای سرطانی اختصاص یافته است.

علم یک پرنده ماهرانه با پوشیدن یک الگوی تورینگ به خصوص جالب توجه است. دنیس جاکوبسن / شتستستوک

تورینگ پیشنهاد کرد که دو ماده شیمیایی بیولوژیکی که با یک روش ریاضی قابل ردیابی در حال حرکت و واکنش با یکدیگر هستند می توانند اشکال و الگوهای طبیعت را توضیح دهند. به عنوان مثال، تصور کنید که یک کت چتر نجات یک جنگل خشک با آتش سوزی شیمیایی است. به طور همزمان، مواد شیمیایی آتش سوزی نوع دوم کار می کنند تا این آتش سوزی ها را احاطه کرده و در آن قرار دهند، و در نتیجه چشم انداز های خزدار را از بین می برد.

مهمتر از همه، سرعت مواد شیمیایی مهار کننده آتش نشانی باید سریعتر از ماده شیمیایی فعال کننده نقطه ایجاد الگوهای ایجاد شود. خیلی آهسته و شیمیایی فعال کننده منجر به رنگ یکنواخت خواهد شد.

تورینگ با دو معادله مطابقت داشت که مدل هایی را ایجاد می کند که چه گونه از الگوها تولید می شود، همانند غلظت دو ماده شیمیایی و سرعت تغییر آنها. با این وجود، این معادلات پیچیده با ماشینهای محاسباتی اولیه در آن زمان حل شد. تورینگ یک بار کار سختی را انجام داد، تولید یک الگوی دپپلد که شبیه یک پوست گاو بود.

با کمک کامپیوترهای مدرن، دانشمندان نشان داده اند که معادلات تورینگ می توانند برای تقلید الگوهای بی شماری دو بعدی که در سراسر جهان طبیعی دیده می شوند از اثر انگشت و کتهای حیوانی به مناظر نیمه خشک.

نشان می دهد که واکنش ها و حرکات مواد شیمیایی واقعا پشت سر گذاشتن الگوهای طبیعت مشکل تر است. به عنوان مثال، ما نمیتوانیم چگونگی نقاط گتاپ در رحم را ببینیم. حتی مشاهده الگوهای قابل توجه ماهی های رو به رشد فرشته تغییر دهید به عنوان آنها توسعه از مرحله جوانه زنی تا بزرگسالی اثبات می کند که یک رقص از دو مواد شیمیایی مهار کننده فعال کننده در محل کار است.

اخیرا هر چند الگوهای تورینگ in فولیکول های مو, پرهای مرغو کوسه دندان مانند "مقیاس" همه به طور مستقیم نشان داده شده است که توسط تعامل بین یک فعال کننده و مواد شیمیایی مهار کننده تولید می شود.

البته طبيعت به ندرت به دو دسته تقسيم مي شود. دانشمندان اکنون تئوری تورینگ را برای توضیح سیستم های پیچیده تر مانند تخت خوابگاه، که در یک الگوی تورینگ بزرگ برای صدها متر گسترش می یابد و یک الگوی کاملا متفاوت در یک مقیاس کوچکتر را نشان می دهد. نسخه چهارم شیمیایی این نظریه نیز دقیقا آن را مدل می کند تشکیل رگها در دهان مهره دار

جالب توجه است، ما همچنین می توانیم کار تورینگ را به طیف وسیعی از الگوهای غیر بصری اعمال کنیم. مثلا، تحقیقات من به بررسی نحوه استفاده از آنها برای مدل سازی الگوهای سرزمین حیوانات می پردازیم. به جای توصیف غلظت و واکنش بین مواد شیمیایی، از معادلات مشابه برای توصیف احتمال مکان افراد و تعاملات بین فرد و محیط آن استفاده کردیم.

همانطور که می توانید تصور کنید، معادلات اغلب بسیار پیچیده هستند، مانند عوامل متعدد جنبش حیوانی را تحت تاثیر قرار می دهد علائم عطر و حضور فیزیکی حیوانات دیگر به محل شکار و حتی حافظه.

اما الگوهای حرکتی پیش بینی شده توسط معادلات که مدل این عوامل مقایسه می شود شگفت آور خوب است به حرکت واقعی حیوانات در یک منطقه. به همین ترتیب، به عنوان جذابیت، این تحقیق می تواند باشد به ما کمک کن چگونه تغییرات در زیستگاه یک گونه اکوسیستم های گسترده تر را تحت تاثیر قرار می دهد - که می تواند بسیار مهم با توجه به تهدید از بین بردن خیزش آب و هوا صدها هزار گونه است.

این روش مدل الگوهای قلمرو حتی می تواند به جمعیت انسانی گسترش یابد. به عنوان مثال، یک قطعه تحقیق نشان داد که جنبش اعضای باند لس آنجلس را می توان با دقت با معادلات که موقعیت مرکزی باند خود و برچسب های نقاشی های دیگر باندهای را مدل می کنند، پیش بینی می شود.

شاید حتی تورینگ تصور نخواهد کرد که چندین اسرار زیبای طبیعت، مقاله اسمش را باز کند. و این نه تنها زیست شناسی ریاضی است که به آن سهم تعریفی را ایجاد کرد - ما نبوغ او را برای تشکر از آن خیلی بیشتر. با تشکر Alanگفتگو

درباره نویسنده

ناتاشا الیسون، محقق دکترای دانشگاه شفیلد

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

کتاب های مرتبط

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

به دنبال InnerSelf در

فیس بوک، آیکونتوییتر آیکونrss-icon

دریافت آخرین با ایمیل

{emailcloak = خاموش}

بیشترین مطلب خوانده شده