211service.com
Algoritmas atskleidžia lapų formos paslaptis
Lapai vystėsi per milijonus metų, kad optimizuotų šviesos surinkimą, maistinių medžiagų transportavimą į augalo kūną ir iš jo bei mechaninį stabilumą prieš natūralų įtempimą, sako Davidas Youngas iš Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos netoli San Francisko.
Galvosūkis yra tai, kaip lapai išauga į daugybę panašių formų. Koks procesas gali kontroliuoti šį augimą? Akivaizdu, kad lapų augimą lemia genetinis komponentas, bet tai negali būti visa istorija, nes to paties augalo lapai kartais įauga į skirtingas formas, reiškinys, žinomas kaip heteroblastija. Taip yra todėl, kad aplinkos veiksniai, tokie kaip mityba, saulės šviesa, taip pat turi įtakos augimui ir formai.
Įvairios teorijos bando paaiškinti lapų formą naudojant tokias idėjas kaip fraktalai ir Turingo reakcijos-difuzijos procesas. Tačiau nė vienas nepateikia įtikinamo gamtoje pasitaikančių lapų formų įvairovės paaiškinimo.
Šiandien Youngas bando tai pakeisti, pateikdamas paprastą lapų augimo modelį, atkuriantį didžiąją dalį gamtoje atsirandančių lapų formų spektro. Mano tikslas yra paaiškinti ne tik aukštesniųjų augalų lapų formų diapazoną, bet ir didelius glaudžiai susijusių augalų lapų formos skirtumus, sako jis.
Jo modelyje lapų skilčių augimą reguliuoja lapų gyslų padėtis. Tada lapas paprasčiausiai auga 2 matmenimis tokiu būdu, kurį valdo paprastas algoritmas. Būtent šis augimo modelis lemia galutinę lapo formą. Youngo modelyje galutinė lapų forma iš tikrųjų yra atsitiktinis šio augimo proceso rezultatas.
Tai įdomus ir galingas požiūris. Keisdamas tik keletą parametrų, Young gali sukurti stebėtinai daug įvairių formų. Pavyzdžiui, jo modelis gamina įvairius ąžuolo, acer, tuopos ir gluosnio lapus ir daug kitų.
Taip pat susidaro viena ar dvi gamtoje neaptinkamos formos, todėl kyla klausimas, kodėl atrodo, kad natūrali atranka jų išvengė.
Galbūt svarbiausia, kad Youngo algoritmas yra biologiškai patikimas: nesunku suprasti, kaip genetinis ir aplinkos procesas gali taip elgtis.
Dabar jam reikia žmogaus, kuris susietų algoritmo parametrus su realiais genetiniais / cheminiais procesais, vykstančiais lapuose jiems augant. Tam gali prireikti šiek tiek nuveikti, bet tai jokiu būdu nepriklauso augalų biologams. Ar yra savanorių?
Nuoroda: arxiv.org/abs/1004.4388 : lapų formos augimo algoritmo modelis