Patterns luonnossa voi nähdä joka päivä, mutta monissa tapauksissa hieman ymmärretään, miten ja miksi ne muodostavat. Nyt Arizonan yliopiston matemaatikot ovat löytäneet keinoa ennustaa luontaisia, kuten sormenjäljet ja spiraaleja nähty kaktukset.
UA opiskelija Michael Kuecken kehitetty matemaattinen malli, joka voi tuottaa sormenjälki kuvioita, kun taas UA opiskelija Patrick Shipman luotu matemaattinen malli selittää järjestely toistuvien yksiköiden erilaiset kasvit. Shipman kertomus työstään julkaistaan tuleva kysymys Physical Review Letters.
Vaikka sormenjälkien käytön tunnistus alkoi yli 2000 vuotta sitten Kiinassa ja ne on tutkittu kokeellisesti yli kaksisataa vuotta, ei ole yleisesti hyväksytty selitys niiden esiintyminen. Samoin syitä luonnon valinta kuvioita kasvit on vaikea matemaatikot selittää, vaikka näistä kuvioista, joiden on havaittu vuosisatoja sitten.
"Pidän tästä tutkimus on vuorovaikutusta matematiikka ja biologia. On oikeastaan aika vaikeaa, koska tieteenalojen vaativat hieman erilaisen ajattelutavan ja biologiassa on tunnetusti hämmentävää ja täynnä yksityiskohtia ", Kuecken sanoi. "Tavallaan tätä ongelmaa oli kuin koota palapeli tosiasiat. Minulla oli kokeilla erilaisia asioita ja voisi käyttää matematiikkaa, ja joskus tervettä järkeä, onko palaset todella sopivat. "
Ihmisen iho on useita kerroksia, mukaan lukien syrjäisimmät orvaskeden sisäinen dermis. Ulomman ja sisemmän kerrokset erotetaan Tyvisolukerroksessa, joka koostuu soluista, jotka jatkuvasti jakaa. Kasvu tapahtuu samalla tavalla kasveissa, jotka ovat alueilla jatkuva solujen kasvua, kuten kärki kaktus, joiden avulla kasvi kasvaa suuremmaksi.
Ihmisen sormenjälki kuviot ovat luoneet koska pohjapinta iho kasvaa nopeammin kuin pinta ihoa, joka sitten soljet muodostaen harjanteita. |
Tyvisolukerroksessa ihmisen iholla ja vastaava kerros kasvien iho kasvaa nopeammin kuin joko pintakerroksiin tai paksu dermis kerros. Kuten Tyvisolukerroksessa kasvaa, paine kasvaa. Molemmissa laitoksissa ja sormenpäissä, kasvava kerros soljet sisäänpäin kohti pehmeämpiä sisempi kerros kudosta, lievittää stressiä. Tämän seurauksena harjut ovat pintaan muodostunut.
Aaltoilun päässä nurjahdus muodosta sormenjälkiä ja erilaisia kuvioita kasveja, mistä harjut vuonna saguaro kaktukset ja laput ja ananas. Miten kuvio muodostuu, riippumatta onko se sormenjälki tai kasvi, liittyy voimia asetetut aikana Ridge muodostumista.
Perusominaisuudet vastaa mekanismi nurjahdus kasveissa ja sormenjälkiä tapahtua muita materiaaleja sekä. Kuecken ja Shipman n jatko neuvonantajana, UA matematiikan professori Alan Newell sanoi, "materiaalitieteen, korkean lämpötilan suprajohteet näyttävät olevan yhteydessä korostaa, että pakkaa rakentaa rakenteita eri korkean lämpötilan materiaaleja. Itse asiassa ajatus siitä, että nurjahdus ja pinta korostaa olisi jotain tekemistä sen kanssa malleja näet kasveissa on melko uusi. "
Kuecken kehittänyt matemaattisen mallin, joka voi tuottaa malleja, kuten tässä tapauksessa, joka näyttää sormenjälki. |
Vuonna sormenjäljet, Ridge muodostuminen vaikuttaa diskreetti kohonneet ihon sormenpäillä, nimeltään volar tyynyjä, jotka aluksi näkyvät ihmisalkioita noin kuusi ja puoli viikkoa. Volar tyynyt "sijainti on missä epidermaalinen harjujen sormenjälkiä syntyy myöhemmin kehittämiseen.
Kuecken selityksensä mukaan volar tyynyt kutistuu, se asettaa stressiä ihokerroksia. Harjut sitten muodostavat kohtisuorassa tätä stressiä. On olemassa kolme peruskuviot sormenjälkien tunnetaan kaaria, silmukoita ja kierteitä, jotka muodostavat vastauksena eri suuntiin stressin aiheuttama kutistuminen volar tyynyt. Muut tutkimus Ridge muodostumiseen on jo osoittanut, että jos henkilö on korkea, pyöristetty volar pad, he päätyvät kanssa kiemura kuvio. Kuecken n matemaattinen malli pystyi toistamaan näitä suuria kuvioita, sekä vähän koukeroita, jotka tekevät yksittäisten sormenjälkien ainutlaatuinen.
Shipman mallissa, kuten Kuecken n, otti huomioon myös korostaa, että vaikutteita Ridge muodostumista. Kasveissa, voimat useissa suuntiin aiheuttaa monimutkaisia kuvioita. Esimerkiksi kun nurjahdus tapahtuu kolmessa eri suuntiin, kaikki kolme harjut näkyvät yhteen ja muodostavat kuusikulmainen kuvio.
"Olen tutustunut kaktukset koko elämäni, en todellakaan pidä niistä, ja olin todella ymmärtää heitä," Shipman sanoi. Tutkia näitä malleja, Shipman katsoin tarroista kaktus tai florets on kukka.
Kun linja vedetään tarra tarra kaktus myötäpäivään tai vastapäivään, linja päätyy pyörimään ympäri kasvi. Tätä esiintyy monia kasveja, kuten ananas ja kukkakaali. Kun nämä spiraalit lasketaan, se johtaa kuuluvasta numerosta Fibonaccin sarja, numerosarja näkyy usein kun tutkijat ja matemaatikot analysoida luontaisia.
Shipman havaitsi, että kaktus tarroja predicatably align kierre malleja. |
Hänen malli, Shipman havaitsi, että ensimmäinen kaarevuus rakentaminen lähelle sen kasvu kärki vaikuttaa siihen, se muodostaa harjuja tai laput. Hän totesi, että kasvit Flat Top tai vähemmän kaarevan, kuten saguaro kaktukset, aina muodossa harjut ja yleensä ole Fibonacci sekvenssejä. Kasveja, jotka ovat suuri kaarevuus tuottaa kuusikulmainen kokoonpanoissa, kuten vuonna pinecones, ja määrä spiraalit aina numerot Fibonaccin sarja.
Newell kertoo, että Shipman matemaattinen malli osoittaa, että muodot valitaan luonteeltaan ovat niitä, jotka vievät vähiten energiaa. "Kaikki mahdolliset muodot voit olla, mitä luonto poimi minimoi energian kasvi."