Як найвідоміший у світі кодек розкрив секрети краси природи

наука Не потрібно викликати пожежну команду. rokopix / Shutterstock

Вихід на природу може здатися світом далеко від уроку математики. Але краса, яка нас оточує, має порядок - і один із найкращих світових кодових рушій був ключем до її розблокування.

Алан Тьюрінг, можливо, найвідоміший за розшифровкою німецьких повідомлень, створених їхньою машиною загадок у Другій світовій війні. Але впливовий вчений думав про взаємодію природи та математики у великій глибині перед його несвоєчасною смертю в 1954. Насправді його останній опублікований документ стала однією з основоположних теорій математичної біології, предметом, присвяченим розумінню того, як працюють механізми природи, знаходячи рівняння, що їх описують, від змін популяції видів до способу росту ракових пухлин.

наука Mbuff pufferfish з особливо химерним малюнком Тьюрінга. Денніс Якобсен / Shutterstock

Тьюрінг запропонував, щоб два біологічні хімічні речовини, що рухаються та реагують один з одним математично передбачуваним способом, могли пояснити форми та закономірності у всій природі. Наприклад, уявіть собі, що гепард - це сухий ліс з хімічними «пожежами», що спалахнуть по всьому. Одночасно хімічні речовини, що займаються пожежами другого типу, працюють над оточенням та стримуванням цих пожеж, залишаючи обпечені плями - або плями - у пухнастому пейзажі.

Важливо, що швидкість дії хімічних речовин, що інгібують пожежу, повинна бути швидшою, ніж швидкість активатора, що створює пляму, для створення моделей. Занадто повільно, і активатор хімічна речовина буде домінувати, що призводить до рівномірного кольору.

Тьюрінг придумав два рівняння, які моделюють, які види моделей будуть вироблятися як концентрація двох хімічних речовин, так і швидкість, з якою вони розсіюються, змінюються. Однак вирішити ці складні рівняння з примітивними обчислювальними машинами на той час було неймовірно важко. Тьюрінг одного разу взявся за копітку справу, створивши малюнок, що нагадував шкіру корови.

За допомогою сучасних комп’ютерів вчені показали, що рівняння Тьюрінга можна використовувати для імітації незліченних двовимірних візерунків, що спостерігаються у світі природи, починаючи з відбитки пальців і пальто тварин до напівзасушливі ландшафти.

Показати, що реакції та рухи хімічних речовин насправді стоять за створенням природної структури було складніше. Наприклад, ми не можемо спостерігати, як плями гепардів розвиваються в утробі матері. Навіть спостерігаючи за чудовими візерунками зростаючих риб ангелів змінюються в міру їх розвитку від юнацької стадії до дорослого життя не підтверджує, що танцюють дві хімічні речовини, що інгібують активатор.

Однак останнім часом Тюрінг-візерунки in волосяні фолікули, курячі пір’я, і зубчаста акула "лусочки" показано, що всі безпосередньо отримані при взаємодії активатора з хімічним інгібітором.

Звичайно, природа рідко така проста, як два хімічні речовини, що взаємодіють ізольовано. Вчені зараз поширили теорію Тьюрінга для пояснення більш складних систем, таких як мідії ліжка, які простягаються на сотні метрів великим малюнком Тюрінга і відображають зовсім інший тип візерунка в меншому масштабі. Чотирихімічна версія теорії також точно моделює цю теорію утворення хребтів у роті хребетного.

Цікаво, що ми також можемо застосувати тюрінг Тюрінга до цілого ряду невізуальних моделей. Наприклад, мої дослідження досліджує, як ми використовуємо їх для моделювання моделей територій тварин. Замість опису концентрації та реакцій між хімічними речовинами ми використовували подібні рівняння для опису ймовірності розташування особин та взаємодії між кожною людиною та її середовищем.

Як ви можете собі уявити, рівняння часто бувають дуже складними, як множинні фактори впливати на рух тварини, з боку ароматичні сліди і фізична присутність інших тварин на розташування здобичі і навіть пам'яті.

Але закономірності руху, передбачені рівняннями, що моделюють ці фактори, порівнюються напрочуд добре до фактичного переміщення тварин на території. Окрім того, що саме по собі є захоплюючим, такі дослідження можуть допоможіть нам зрозуміти як зміни в середовищі існування виду впливають на більш широкі екосистеми - що може бути дуже важливим, враховуючи, що загроза зникнення клімату зриву становить для сотень тисяч видів.

Цей метод моделювання шаблонів території може бути поширений навіть на людські групи. Наприклад, одне дослідження показав що рух членів банди Лос-Анджелесу можна точно передбачити за рівняннями, що моделюють центральне розташування їх банди та графіті тегів інших банд.

Можливо, навіть Тьюрінг не міг би уявити, скільки саме красивих таємниць природи розкриє його насіннєвий папір. І це не лише математична біологія, до якої він зробив визначальний внесок - ми маємо подякувати його генію набагато більше. Дякую АлануБесіда

Про автора

Наташа Еллісон, науковий співробітник, Університет Шеффілда

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

слідкуйте за InnerSelf далі

значок facebookзначок Twitterзначок YouTubeinstagram iconпінтрест значокrss значок

 Отримайте останні по електронній пошті

Щотижневий журнал Щоденне натхнення

ОСТАННІ ВІДЕО

Почалася велика міграція клімату
Почалася велика міграція клімату
by супер Користувач
Кліматична криза змушує тисячі людей у ​​всьому світі втекти, оскільки їхні будинки стають дедалі непридатними для життя.
Останній льодовий період розповідає нам, чому нам потрібно дбати про 2 ℃ зміну температури
Останній льодовий період розповідає нам, чому нам потрібно дбати про 2 ℃ зміну температури
by Алан Н Вільямс та ін
В останній доповіді Міжурядової групи з питань зміни клімату (МГЕЗК) зазначено, що без істотного зменшення…
Земля залишається придатною для життя мільярди років - саме те, наскільки нам пощастило?
Земля залишається придатною для життя мільярди років - саме те, наскільки нам пощастило?
by Тобі Тіррелл
Еволюція зайняла 3 або 4 мільярди років, щоб отримати Homo sapiens. Якби клімат повністю зазнав краху лише один раз у цьому ...
Як картографування погоди 12,000 XNUMX років тому може допомогти передбачити майбутні зміни клімату
Як картографування погоди 12,000 XNUMX років тому може допомогти передбачити майбутні зміни клімату
by Бріс Рі
Кінець останнього льодовикового періоду, приблизно 12,000 років тому, характеризувався заключною холодною фазою, яка називалася Молодший дріас ...
У цьому столітті Каспійське море має впасти на 9 і більше метрів
У цьому столітті Каспійське море має впасти на 9 і більше метрів
by Френк Весселінг і Маттео Латтуада
Уявіть, що ви перебуваєте на узбережжі і дивитесь на море. Перед вами лежить 100 метрів пустого піску, який виглядає як ...
Венера ще колись була схожа на Землю, але кліматичні зміни зробили її непридатною для життя
Венера ще колись була схожа на Землю, але кліматичні зміни зробили її непридатною для життя
by Річард Ернст
Ми можемо багато чого дізнатись про кліматичні зміни від Венери, нашої сестринської планети. В даний час Венера має поверхневу температуру…
П’ять кліматичних недовір: аварійний курс у дезінформації клімату
П’ять кліматичних недовір: катастрофа в дезінформації клімату
by Джон Кук
Це відео являє собою катастрофічний курс дезінформації клімату, узагальнюючи ключові аргументи, використані для сумніву в реальності ...
Арктика не була такою теплою протягом 3 мільйонів років, і це означає великі зміни для планети
Арктика не була такою теплою протягом 3 мільйонів років, і це означає великі зміни для планети
by Джулі Бригам-Гретт та Стів Печ
Щороку морський крижаний покрив у Північному Льодовитому океані зменшується до найнижчої точки в середині вересня. Цього року він вимірює лише 1.44…

ОСТАННІ СТАТТІ

зелена енергія2 3
Чотири можливості зеленого водню для Середнього Заходу
by Крістіан Тае
Щоб запобігти кліматичній кризі, Середньому Заходу, як і решті країни, потрібно буде повністю декарбонізувати свою економіку шляхом…
ug83qrfw
Необхідно покінчити з основним бар’єром на шляху реагування
by Джон Мур, На Землі
Якщо федеральні регулятори зроблять правильну річ, споживачі електроенергії на Середньому Заході незабаром зможуть заробляти гроші, поки…
дерева для висадки клімату2
Посадіть ці дерева, щоб покращити життя міста
by Майк Вільямс-Райс
Нове дослідження визначає, що живі дуби та американські явори є чемпіонами серед 17 «супердерев», які допоможуть зробити міста…
дно північного моря
Чому ми повинні розуміти геологію морського дна, щоб використовувати вітри
by Наташа Барлоу, доцент четвертинних змін навколишнього середовища, Університет Лідса
Для будь-якої країни, яка має легкий доступ до мілководного і вітряного Північного моря, офшорний вітер буде ключем до досягнення мережі…
3 уроки лісових пожеж для лісових міст, коли вогонь Діксі руйнує історичний Грінвілл, Каліфорнія
3 уроки лісових пожеж для лісових міст, коли вогонь Діксі руйнує історичний Грінвілл, Каліфорнія
by Барт Джонсон, професор ландшафтної архітектури, Університет штату Орегон
Пожежа, що горить у спекотному сухому гірському лісі, прокотилася містом Золота лихоманка Greenрінвілль, Каліфорнія, 4 серпня…
Китай може досягти цілей у сфері енергетики та клімату, обмежуючи енергію вугілля
Китай може досягти цілей у сфері енергетики та клімату, обмежуючи енергію вугілля
by Елвін Лін
На кліматичному саміті Лідера у квітні Сі Цзіньпін пообіцяв, що Китай «буде суворо контролювати енергію, що працює на вугіллі…
Блакитна вода, оточена мертвою білою травою
Карта відстежує 30 -річні екстремальні сніготанення в США
by Мікайла Мейс-Арізона
Нова карта екстремальних подій танення снігу за останні 30 років пояснює процеси, що сприяють швидкому таненню.
Літак скидає червону вогнезахисну речовину на лісову пожежу, коли пожежники, припарковані вздовж дороги, дивляться у оранжеве небо
Модель передбачає 10-річну спалах пожежі, потім поступове зменшення
by Ханна Хікі-У. Вашингтон
Погляд на довгострокове майбутнє лісових пожеж передбачає початковий, приблизно десятирічний, спалах пожежі,…

 Отримайте останні по електронній пошті

Щотижневий журнал Щоденне натхнення

Нове ставлення - нові можливості

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Ринок InnerSelf
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Всі права захищені.