Hoe die wêreld se bekendste codebreaker die geheime van die natuur se skoonheid ontsluit het

wetenskap Nie nodig om die brandweer te bel nie. rokopix / Shutter

Om in die natuur uit te kom, kan 'n wêreld weg van 'n wiskundeklaskamer lyk. Maar die skoonheid wat ons omring het bevel - en een van die beste codebreakers die wêreld se was die sleutel tot die ontsluiting van dit.

Alan Turing kan die beste bekend wees vir die dekripsie van Duitse boodskappe geskep deur hul raaiselmasjien in die Tweede Wêreldoorlog. Maar die invloedryke wetenskaplike gedink oor die wisselwerking tussen natuur en wiskunde in groot diepte voor sy ontydige dood in 1954. Trouens, sy laas gepubliseerde koerant het een van die stigterslede teorieë van wiskundige biologie, 'n onderwerp gewy aan die begrip van hoe meganismes die natuur se werk deur die vind van vergelykings wat hulle beskryf, vanaf veranderinge spesies bevolking aan die manier waarop kanker gewasse groei.

wetenskap 'N Mbu pufferfish dra 'n besonder betoverende Turing-patroon. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing het voorgestel dat twee biologiese chemikalieë op 'n wiskundig voorspelbare manier beweeg en met mekaar reageer, vorms en patrone oor die natuur kan verduidelik. Verbeel jou byvoorbeeld dat 'n jakkalse se jas 'n droë bos is met chemiese "brande" wat oral uitbreek. Terselfdertyd werk brandbestrydingskemikalieë van 'n tweede tipe om hierdie brande omring en te bevat, en verlaat verkleurde kolle of plekke in die bont landskap.

Wat belangrik is, is dat die spoed van die brandbestryding inhibeerder chemikalieë vinniger moet wees as dié van die plek-skeppende aktiveerder chemiese vir patrone wat geskep moet word. Te stadig, en die aktiveerder chemikalie sal oorheers, wat lei tot eenvormige kleur.

Turing het twee vergelykings opgestel wat model watter soort patrone geproduseer sal word as beide die konsentrasie van die twee chemikalieë en die spoed waarteen hulle veranderinge diffundeer. Dit was egter ongelooflik moeilik om hierdie komplekse vergelykings op te los met die primitiewe rekenaarmasjiene rondom. Turing het die pynlike taak een maal aangepak en 'n dappled patroon gemaak wat op 'n koei se vel gelyk het.

Met behulp van moderne rekenaars het wetenskaplikes getoon dat Turing se vergelykings gebruik kan word om talloze tweedimensionele patrone wat in die natuurlike wêreld gesien word, te naboots, van vingerafdrukke en die kledingstukke om semi-droë landskappe.

Dit is moeiliker om te wys dat die reaksies en bewegings van chemikalieë eintlik agter die skepping van die natuur se patrone is. Byvoorbeeld, ons kan nie kyk hoe die kolle van jagluiperds in die baarmoeder ontwikkel nie. Selfs die waarneming van die groeiende engel vis se merkwaardige patrone verander soos hulle ontwikkel van jong stadium tot volwassenheid bied nie bewys dat 'n dans van twee aktivator inhibeerchemikalieë by die werk is nie.

Onlangs alhoewel, Turingpatrone in haarfollikels, hoender vere, en tande-agtige haai "skale" is almal direk getoon om geproduseer te word deur die interaksie tussen 'n aktivator en 'n inhibitor chemiese.

Natuurlik is die natuur selde so eenvoudig as twee chemikalieë wat in isolasie wissel. Wetenskaplikes het nou Turing se teorie uitgebrei om meer komplekse stelsels te verduidelik mosselbeddens, wat vir honderde meter in 'n groot Turing-patroon strek, en op 'n kleiner skaal 'n heeltemal ander tipe patroon vertoon. 'N vier-chemiese weergawe van die teorie ook modelle akkuraat die vorming van riwwe in 'n vertebrate se mond.

Interessant genoeg, kan ons ook Turing se werk toepas op 'n hele reeks nie-visuele patrone. Byvoorbeeld, my navorsing ondersoek hoe ons dit gebruik om die grondpatroon van diere te modelleer. In plaas van om die konsentrasie en reaksies tussen chemikalieë te beskryf, het ons soortgelyke vergelykings gebruik om die waarskynlikheid van die ligging van individue te beskryf, en die interaksies tussen elke individu en sy omgewing.

Soos u kan voorstel, is die vergelykings dikwels baie kompleks, soos veelvoudige faktore beïnvloed 'n dier se beweging, van die geurmerke en fisiese teenwoordigheid van ander diere na die plek van prooi en selfs geheue.

Maar die bewegingspatrone voorspel deur vergelykings wat hierdie faktore modelle vergelyk verrassend goed tot die werklike beweging van diere in 'n gebied. Behalwe dat dit op sigself fassinerend is, kan navorsing soos hierdie kan help ons om te verstaan hoe veranderinge in die habitat van 'n spesie groter ekosisteme affekteer - wat baie belangrik kan wees in die lig van die bedreiging van uitwissing van klimaatverdeling, dui op honderde duisende spesies.

Hierdie metode van modellering van grondgebiedpatrone kan selfs uitgebrei word na menslike bevolkings. Byvoorbeeld, een stuk navorsing getoon dat die beweging van Los Angeles-bendelede akkuraat voorspel kan word deur vergelykings wat die sentrale ligging van hul bende en die graffiti-tags van ander bendes modelleer.

Miskien het selfs Turing nie net gedink hoeveel van die natuur se pragtige geheime sy hoofstuk sou ontsluit nie. En dit is nie net wiskundige biologie waaraan hy 'n beslissende bydrae gemaak het nie - ons het sy genie om te bedank soveel meer. Dankie Alan.Die gesprek

Oor die skrywer

Natasha Ellison, PhD Navorser, Universiteit van Sheffield

Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.

verwante Boeke

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

volg InnerSelf op

facebook-ikoonTwitter-ikoonYouTube-ikooninstagram-ikoonpintrest-ikoonrss-ikoon

 Kry die nuutste per e-pos

Weeklikse Tydskrif Daaglikse Inspirasie

nuutste video's

Die groot klimaatmigrasie het begin
Die groot klimaatmigrasie het begin
by Hoofdgebruiker
Die klimaatkrisis dwing duisende dwarsoor die wêreld om te vlug namate hul huise toenemend onbewoonbaar word.
Die laaste ystydperk vertel ons waarom ons moet sorg vir 'n 2 ℃ temperatuurverandering
Die laaste ystydperk vertel ons waarom ons moet sorg vir 'n 2 ℃ temperatuurverandering
by Alan N Williams, et al
Die jongste verslag van die Intergouvernementele Paneel vir Klimaatsverandering (IPCC) lui dat sonder 'n aansienlike afname ...
Die aarde het miljarde jare lank blywend gebly - presies hoe gelukkig het ons gehad?
Die aarde het miljarde jare lank blywend gebly - presies hoe gelukkig het ons gehad?
by Toby Tyrrell
Dit het evolusie 3 of 4 miljard jaar geneem om Homo sapiens te produseer. As die klimaat net een keer heeltemal misluk het in daardie ...
Hoe die kartering van die weer van 12,000 XNUMX jaar gelede kan help om toekomstige klimaatsverandering te voorspel
Hoe die kartering van die weer van 12,000 XNUMX jaar gelede kan help om toekomstige klimaatsverandering te voorspel
by Brice Rea
Die einde van die laaste ystydperk, ongeveer 12,000 XNUMX jaar gelede, is gekenmerk deur 'n finale koue fase genaamd die Jonger Dryas ...
Die Kaspiese See sal hierdie eeu met 9 meter of meer val
Die Kaspiese See sal hierdie eeu met 9 meter of meer val
by Frank Wesselingh en Matteo Lattuada
Stel jou voor jy is aan die kus en kyk uit na die see. Voor u lê 100 meter dor sand wat lyk soos 'n ...
Venus was eens meer op aarde, maar klimaatsverandering het dit onbewoonbaar gemaak
Venus was eens meer op aarde, maar klimaatsverandering het dit onbewoonbaar gemaak
by Richard Ernst
Ons kan baie leer oor klimaatsverandering by Venus, ons susterplaneet. Venus het tans 'n oppervlaktemperatuur van ...
Vyf klimaatsgeloof: 'n ongelukskursus in verkeerde inligting oor klimaat
Die vyf ongeloof oor klimaat: 'n ongelukskursus in verkeerde inligting oor klimaat
by John Cook
Hierdie video is 'n ongelukskursus in verkeerde inligting oor klimaat, wat die belangrikste argumente saamvat wat gebruik word om die werklikheid te betwyfel ...
Die Noordpoolgebied is al drie miljoen jaar nie so warm nie en dit beteken groot veranderinge vir die planeet
Die Noordpoolgebied is al drie miljoen jaar nie so warm nie en dit beteken groot veranderinge vir die planeet
by Julie Brigham-Grette en Steve Petsch
Elke jaar krimp die ysbedekking in die Arktiese Oseaan middel September tot 'n laagtepunt. Hierdie jaar meet dit net 1.44 ...

Laaste Artikels

groen energie2 3
Vier groen waterstof geleenthede vir die Midde-Weste
by Christian Tae
Om 'n klimaatkrisis te voorkom, sal die Midde-Weste, soos die res van die land, sy ekonomie ten volle moet ontkoolstof deur ...
ug83qrfw
Groot hindernis vir reaksie op aanvraag moet beëindig word
by John Moore, Op aarde
As federale reguleerders die regte ding doen, kan elektrisiteitskliënte regoor die Midde-Weste binnekort geld verdien terwyl ...
bome om te plant vir klimaat2
Plant hierdie bome om die stadslewe te verbeter
by Mike Williams-Rice
'n Nuwe studie stel lewende eikebome en Amerikaanse wildevye as kampioene onder 17 "superbome" wat sal help om stede ...
noordsee seebodem
Waarom ons seebodemgeologie moet verstaan ​​om die winde te benut
by Natasha Barlow, Medeprofessor van Kwaternêre Omgewingsverandering, Universiteit van Leeds
Vir enige land wat geseën is met maklike toegang tot die vlak en winderige Noordsee, sal aflandige wind die sleutel wees om net ...
3 veldbrandlesse vir bosdorpe terwyl Dixie Fire die historiese Greenville, Kalifornië, vernietig
3 veldbrandlesse vir bosdorpe terwyl Dixie Fire die historiese Greenville, Kalifornië, vernietig
by Bart Johnson, professor in landskapsargitektuur, Universiteit van Oregon
'N Veldbrand wat in warm, droë bergwoude brand, het op 4 Augustus deur die Gold Rush -stad Greenville, Kalifornië, getrek ...
China kan energie- en klimaatdoelwitte bereik wat koolstofkrag beperk
China kan energie- en klimaatdoelwitte bereik wat koolstofkrag beperk
by Alvin Lin
By die Leader's Climate Summit in April het Xi Jinping belowe dat China 'steenkoolkrag streng sal beheer ...
Blou water omring deur dooie wit gras
Kaart volg 30 jaar se uiterste sneeusmelting regoor die VSA
by Mikayla Mace-Arizona
'N Nuwe kaart van uiterste sneeusmeltgebeurtenisse die afgelope 30 jaar verduidelik die prosesse wat vinnige smelting veroorsaak.
'N Vliegtuig laat rooi brandvertrager op 'n bosbrand val terwyl brandbestryders langs 'n pad in die oranje lug opkyk
Die model voorspel 'n veldbrand van 10 jaar, dan geleidelike afname
by Hannah Hickey-U. Washington
'N Kykie na die toekoms op lang termyn van veldbrande voorspel 'n aanvanklike uitbarsting van ongeveer 'n dekade lange veldbrandaktiwiteit, ...

 Kry die nuutste per e-pos

Weeklikse Tydskrif Daaglikse Inspirasie

Nuwe Houdings - nuwe moontlikhede

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Kopiereg © 1985 - 2021 InnerSelf Publikasies. Alle regte voorbehou.