Reguli de camuflaj - Life Science
reguli de camuflaj
A petelor girafa, zebra dungi, modele pe aripi de fluture - cât de mulți copii torturati părinți întrebări, în cazul în care face aceste imagini fanteziste vii. Se pare că oamenii de știință au deja răspunsurile. Un pic de chimie, matematică un pic de selecție și evolutiv - natura lor vopselelor crearea de reguli bine definite.
De ce de colorat neobișnuit?
În Rudyard Kipling are o poveste despre modul în care leopardul primit petele: o dată la un moment dat toate animalele de pe pământ au fost pictate în întregime uniformă, dar apoi a plecat ierbivore în pădure, a primit dungi, pete, și alte modele de mascare, și prădători a trebuit să se adapteze la noile condiții. La scurt timp după aceea că oamenii pe primul loc a devenit negru (Kipling poveste relatează etiopianul), și apoi o solidaritate de vânătoare au acoperit handprints lor leoparzi, astfel încât acestea să poată încă o dată fura în liniște până la producție.
Zeci de povești similare despre animalele pot fi găsite în multe părți diferite ale lumii: chiar Charles Darwin credea că principala funcție a culorii neobișnuit de multe animale - un camuflaj pe care le ajută să fie să se amestece cu zona înconjurătoare, sau pentru a induce în eroare viziunea prădători (sau, dimpotrivă, victimele) și estomparea în ochii lor pete lipsite de sens.
Alb-negru de colorat rău ajută scape zebre animalele de pradă. Foto: Sid Mosdell / Flickr
Ce substanțe sunt vopsite animale?
La animalele cu sânge rece un pic mai complicat. În schimb, ei folosesc cromatofori melanocite - celule cromogene, care nu numai că oferă o varietate mult mai mare de culori, dar, de asemenea, știu cum să se schimbe dimensiunile lor. Datorită lor hamelon poate schimba culoarea în funcție de temperatura mediului ambiant sau starea de spirit. Sub pielea unui cameleon are mai multe straturi de cromatofori. Stratului de deasupra conține celule cu un pigment roșu sau galben, care pot fi redistribuite în celulele cromatofori și apoi le asambla în centru, răspândirea în lățime. În primul caz, al doilea strat este vizibil, care conține celule cu guanină pigment, care datorită interferenței luminii poate reflecta albastru. Un cel mai adânc strat cuprinde melaninei. În funcție de raportul dintre „activ“ al acestor straturi cameleon pot lua o varietate de culori - de la roșu la albastru.
Care controlează toate aceste procese?
„Nimic în biologie nu are sens decât în lumina evoluției“, - a declarat genetician sovieto-american Theodosius Dobzhansky clasic. și colorarea animalelor nu este o excepție: evoluția selectează doar cele mai bune fotografii care ajuta transportatorii lor să supraviețuiască.
Cel mai izbitor exemplu - Butterfly piperat molii. Biston betularia. Până la mijlocul secolului al XIX-lea au fost de culoare gri în umbră, ceea ce a ajutat să fuzioneze cu trunchiuri de copaci. Dar, odată cu creșterea intensă a industriei, au început treptat să se transforme negru, ca și în cazul în care acoperite cu funingine, pentru a se potrivi mai bine noul mediu.
moliei. opțiuni de culoare întunecată. Foto: Ben Vanzare / Flickr
Cum sunt modele complexe?
În 1952, matematicianul englez Alan Turing în căutarea unui răspuns la această întrebare a scris un articol în care complexe, modele de pliere haotice explicate prin modelul relativ simplu. Este speculat că pentru colorarea animalelor răspunde în cea mai simplă formă nu o singură substanță, ci două, care interacționează unele cu altele și cu diferite viteze mai pentru a difuza în spațiu. Prima oferă pictura, accelerează sinteza celei de a doua substanță și încet dispersează, iar a doua tesatura decolora, incetineste sinteza primei substanțe și Difuzează rapid.
Pentru a ilustra acest model, uneori, oferta de a introduce Wildfire. El a erupt în mai multe locuri (aceasta este „prima substanță“), și apoi pentru a acoperi brigăzi de pompieri și a opri avansarea flacara (aceasta este „a doua substanță“) - ca urmare a ochiului unei păsări vedem o pădure verde, cu patch-uri de rulare negru.
O caracteristică foarte importantă a modelului lui Turing - este caracterul său oscilatorie. O substanță în această schemă nu devine plictisitor mod direct la B, dar în valuri modifică concentrația: ea devine un pic mai puțin, un pic mai mult, apoi mai mici din nou, și așa mai departe, în cele din urmă este (încă) curge pe deplin în B.
Și aici există un exemplu clasic - pentru Belousov-Zhabotinskogogo. În cazul canonic participă trei substanțe - un catalizator, un agent reducător organic și un oxidant organic, care, împreună cu formele lor intermediare pot da 80 de reacții diferite. Toate aceste reacții sunt întrepătrund artistic în timp și spațiu (nu uitați că reactivii sunt diferite caracteristici rata de difuzie), și, ca urmare, acestea „vopsea“ tipare specifice halucinogene.
Natura acestor desene determinate la nivel global, prin forma spațiului în care interacționează substanța, coeficienții de difuzie și, în parte, concentrațiile inițiale. Toate împreună, acest lucru dă un motiv general de model (pete, dungi, cercuri concentrice) și desenul detaliilor (cum va fi împrăștiate pete) sunt determinate de factori, cum ar fi fluctuațiile inevitabile absolut haotice ale temperaturii.
Turing acest fel doar pentru a obține colorarea neobișnuit de animale: unii factori (substanțe diffusible intră într-o reacție), în haosul interacțiunilor lor determină activitatea acelorași cromatofori și melanocite, și numai cei „transferate“ pentru a obține o imagine de „chimic“ de pe piele.
Pentru o lungă perioadă de timp această ipoteză a avut doar probe indirecte. În multe modele, în conformitate cu normele de Turing a obținut o varietate de modele care imita culoarea o mare varietate de animale, de la pești tropicali zebră la bibilici. Dar natura moleculară a reacției au rămas neclare.
Modelul pe penele bibilici date de ecuațiile Turing obișnuite. Foto: Sasha Wenninger / Flickr
Există un alt model matematic, care determină aparent culoarea animalelor - este un automat celular de von Neumann. Se pare, după cum urmează: imaginați-vă un grilaj plat, în care fiecare celulă poate fi vopsit sau nu. Puteți seta starea inițială (pentru a picta o parte din celule) și definesc regulile modelului evoluției - pe care celulele vecine trebuie să „vadă“ fiecare celulă individuală pentru a calcula ceea ce ar fi urmatorul lucru pe care să-l.
Regulile pot fi, de exemplu, o astfel. fiecare celula este „cauta“ dintr-o dată pe toți vecinii lor. În cazul în care celula este goală, și trei sau mai mulți vecini este pictat, data viitoare de asemenea, ea a pictat peste. În cazul în care celula este goală, și cel puțin trei vecini pictat peste, prea rămâne goală, și așa mai departe.
Există mai multe variante diferite de automate celulare, iar unele dintre ele, de asemenea, un model de repetarea de animale - chiar și mai sofisticate decât pete de leopard, sau cercuri concentrice. De exemplu, desenele de pe conul textil scoică coajă, Conus textile. foarte similar cu automate celulare, care trăiesc prin „regula de 30“.
con textile Cochilii. Imagine: Harry a crescut / Flickr
Cel mai recent a dezvăluit. ca modele complexe de automaton celulare poate fi un caz special de ecuații Turing. Oamenii de știință din Elveția și România au investigat șopârlă ocellated Timon Lepidus. care se nasc cu piele maro acoperite cu puncte albe (un model clasic Turing), iar apoi dobândi modelul labirintică de fulgi verzi de diferite culori. La fiecare două săptămâni, timp de trei ani, oamenii de știință au înregistrat culoarea de animale, și sa dovedit că șopârlele revopsire apare pe reguli simple de automate celulare.
In paralel, cercetătorii au arătat că ecuația turarea în anumite condiții (coeficienți de difuzie variabilă determinată grosime variabilă între piele cântare șopârlă) poate genera automat celular. Condiții simple și inițială, fără magie transformat în haos frumusete.