Miten maailman tunnetuin Codebreaker avasi luonnon kauneuden salaisuudet

tiede Ei tarvitse soittaa palokuntaan. rokopix / Shutterstock

Luontoon pääseminen saattaa tuntua maailmalta pois matematiikan luokkahuoneesta. Meitä ympäröivä kauneus on järjestyksessä - ja yksi maailman parhaista turhautuneista oli avain sen avaamiseen.

Alan Turingista tunnetaan parhaiten saksalaisen viestin salauksen purkaminen, jonka heidän arvoituskoneensa on luonut toisen maailmansodan aikana. Mutta vaikuttava tiedemies ajatteli luonnon ja matematiikan välistä vuorovaikutusta syvällisesti ennen hänen ennenaikaista kuolemaansa 1954issa. Itse asiassa hänen viimeksi julkaistu paperi hänestä tuli yksi matemaattisen biologian perustekijöistä, joka on omistettu ymmärtämään, miten luonnon mekanismit toimivat löytämällä yhtälöt, jotka kuvaavat niitä, lajien populaatioiden muutoksista siihen, miten syöpäkasvaimet kasvavat.

tiede Mbu pufferfish yllään erityisen mesmerizing Turing kuvio. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing ehdotti, että kaksi biologista kemikaalia, jotka liikkuvat ja reagoivat keskenään matemaattisesti ennustettavalla tavalla, voisivat selittää muotoja ja malleja luonnossa. Kuvittele esimerkiksi, että cheetahin takki on kuiva metsä, jossa on kemiallisia ”tulipaloja”, jotka hajoavat kaikkialla. Samanaikaisesti toisen palon palontorjuntakemikaalit, jotka ympäröivät ja sisältävät näitä tulipaloja, jättävät karhennettuja laastareita - tai pisteitä - karvaisessa maisemassa.

Tärkeää on, että palontorjunta-aineen kemikaalin nopeuden on oltava nopeampi kuin luotaessa syntyvien pistemäisten aktivaattorikemikaalien nopeus. Liian hidas ja aktivaattorin kemikaali hallitsevat, mikä johtaa tasalaatuiseen väriin.

Turingilla oli kaksi yhtälöä, jotka mallintavat, millaisia ​​kuvioita tuotettaisiin sekä kahden kemikaalin konsentraationa että nopeudena, jolla ne levittävät muutoksia. Näiden monimutkaisten yhtälöiden ratkaiseminen oli kuitenkin uskomattoman vaikeaa silloin, kun primitiiviset tietokonekoneet olivat tuolloin. Turing teki kuitenkin kerran huolellisen tehtävän, joka tuotti lehmän ihon kaltaisen katkennut kuvion.

Modernien tietokoneiden avulla tiedemiehet ovat osoittaneet, että Turingin yhtälöitä voidaan käyttää jäljittelemään lukemattomia kaksiulotteisia kuvioita, jotka ovat nähtävissä luonnollisessa maailmassa. sormenjäljet ja eläinten päällysteet että puolikuivat maisemat.

Kemikaalien reaktioiden ja liikkeiden tosiasiallinen takana luontokuvien luomisen osoittaminen oli vaikeampaa. Esimerkiksi emme voi katsella, miten cheetah-pisteitä kehittyy kohdussa. Jopa tarkkaillaan kasvavia enkeli-kalojen merkittäviä kuvioita muuttuvat, kun ne kehittyvät nuorisovaiheesta aikuisuuteen ei ole näyttöä siitä, että kahden aktivoijan estäjäkemikaalin tanssi on töissä.

Viime aikoina Turingin mallit in karvatupet, kanan höyhenetja hampaiden kaltaiset hain ”asteikot” kaikki on osoitettu tuottavan suoraan aktivaattorin ja inhibiittorikemikaalin välisen vuorovaikutuksen kautta.

Luonto on tietenkin harvoin yhtä yksinkertainen kuin kaksi kemikaalia, jotka ovat vuorovaikutuksessa erillään. Tutkijat ovat nyt laajentaneet Turingin teoriaa selittämään monimutkaisempia järjestelmiä, kuten simpukan sängyt, joka ulottuu satoja metrejä suuressa Turing-kuviossa ja näyttää täysin erilaisen mallin pienemmässä mittakaavassa. Teorian neljän kemiallisen version mallit myös tarkasti harjanteiden muodostuminen selkärankaisten suussa.

Mielenkiintoista on, että voimme myös soveltaa Turingin työtä monenlaisiin ei-visuaalisiin kuvioihin. Esimerkiksi, minun tutkimukseni tutkii, miten me käytämme niitä eläinten alueen mallien mallintamiseen. Kemikaalien välisen keskittymisen ja reaktioiden kuvaamisen sijaan olemme käyttäneet samanlaisia ​​yhtälöitä kuvaamaan yksilöiden sijainnin todennäköisyyttä sekä kunkin yksilön ja sen ympäristön välistä vuorovaikutusta.

Kuten voitte kuvitella, yhtälöt ovat usein hyvin monimutkaisia, kuten useita tekijöitä vaikuttaa eläimen liikkeeseen tuoksumerkit ja muiden eläinten fyysinen läsnäolo saaliin ja jopa muistiin.

Mutta yhtälöillä ennustetut liikekuviot vertaavat näitä tekijöitä yllättävän hyvin eläinten todellista liikkumista alueella. Sen lisäksi, että se on kiehtova itsessään, tällainen tutkimus voi auta meitä ymmärtämään miten muutokset lajin elinympäristössä vaikuttavat laajempiin ekosysteemeihin - mikä voisi olla erittäin tärkeää, kun otetaan huomioon uhka sukupuuttoon liittyvästä ilmaston hajoamisesta aiheuttaa satoja tuhansia lajeja.

Tämä menetelmä alueellisten kuvioiden mallintamiseksi voidaan jopa laajentaa ihmisryhmiin. Esimerkiksi yksi tutkimus osoittivat että Los Angelesin jengiläisten liikkumista voidaan ennustaa tarkasti yhtälöillä, jotka mallintavat jenginsä keskeisen sijainnin ja muiden jengien graffiti-tunnisteet.

Ehkä ei edes Turing olisi kuvitellut, kuinka monta luonnon kauniita salaisuuksia hänen avopaperinsa avaisi. Ja se ei ole pelkästään matemaattinen biologia, johon hän on määritellyt panoksensa - meillä on hänen nero hänen kiittää niin paljon enemmän. Kiitos Alanille.Conversation

kirjailijasta

Natasha Ellison, tutkija, Sheffieldin yliopisto

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvaketwitter kuvakeyoutube kuvakeinstagram-kuvakepintrest-kuvakerss-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

UUSIMMAT VIDEOT

Suuri ilmastomuutto on alkanut
Suuri ilmastomuutto on alkanut
by Super User
Ilmastokriisi pakottaa tuhannet ympäri maailmaa pakenemaan, kun heidän kodeistaan ​​tulee yhä asumattomampia.
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
Viimeinen jääkausi kertoo meille, miksi meidän on pidettävä huolta 2 ℃ lämpötilan muutoksesta
by Alan N Williams, et ai
Hallitustenvälisen ilmastomuutospaneelin (IPCC) viimeisimmässä raportissa todetaan, että ilman merkittävää vähennystä…
Maa on pysynyt asuttavana miljardeja vuosia - kuinka paljon onnekkaita saimme?
Maa on pysynyt asuttavana miljardeja vuosia - kuinka paljon onnekkaita saimme?
by Toby Tyrrell
Evoluutio kesti 3 tai 4 miljardia vuotta Homo sapiensin tuottamiseksi. Jos ilmasto olisi täysin epäonnistunut vain kerran siinä…
Kuinka 12,000 XNUMX vuoden takaisen sään kartoittaminen voi auttaa ennustamaan tulevaa ilmastonmuutosta
Kuinka 12,000 XNUMX vuoden takaisen sään kartoittaminen voi auttaa ennustamaan tulevaa ilmastonmuutosta
by Brice Rea
Viimeisen jääkauden loppua, noin 12,000 XNUMX vuotta sitten, leimasi viimeinen kylmävaihe nimeltä Nuoremmat Dryat.
Kaspianmeren on tarkoitus pudota vähintään 9 metriä tällä vuosisadalla
Kaspianmeren on tarkoitus pudota vähintään 9 metriä tällä vuosisadalla
by Frank Wesselingh ja Matteo Lattuada
Kuvittele, että olet rannikolla ja katsot merelle. Edessäsi on 100 metriä karuista hiekkaa, joka näyttää…
Venus oli jälleen kerran maankaltainen, mutta ilmastonmuutos teki siitä asumaton
Venus oli jälleen kerran maankaltainen, mutta ilmastonmuutos teki siitä asumaton
by Richard Ernst
Voimme oppia paljon ilmastonmuutoksesta sisarplaneettamme Venukselta. Venuksen pintalämpötila on tällä hetkellä…
Viisi epäuskoa ilmastoon: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
Viisi ilmastonmuutosta: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
by John Cook
Tämä video on kaatumiskurssi väärässä ilmastotiedossa, jossa esitetään yhteenveto tärkeimmistä argumenteista, joita on käytetty epäilemään todellisuutta…
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
by Julie Brigham-Grette ja Steve Petsch
Pohjoisen Jäämeren merijää peittyy joka vuosi matalaan pisteeseen syyskuun puolivälissä. Tänä vuonna se on vain 1.44…

UUSIMMAT ARTIKKELIT

vihreä energia2 3
Neljä vihreää vetymahdollisuutta Keskilännelle
by Christian Tae
Ilmastokriisin estämiseksi Keskilännen, kuten muun maan, on vähennettävä taloutensa täysin hiilidioksidipäästöistä…
ug83qrfw
Suuri este kysyntään on poistettava
by John Moore, Maan päällä
Jos liittovaltion sääntelyviranomaiset tekevät oikein, sähköasiakkaat Keskilännen alueella voivat pian ansaita rahaa…
ilmastoon istutettavat puut2
Istuta nämä puut parantaaksesi kaupunkielämää
by Mike Williams-Rice
Uusi tutkimus vahvistaa elävät tammet ja amerikkalaiset sycamorit mestareiksi 17 "superpuun" joukossa, jotka auttavat tekemään kaupungeista…
pohjoisen meren pohja
Miksi meidän on ymmärrettävä merenpohjan geologiaa valjastaaksemme tuulet
by Natasha Barlow, kvaternaarisen ympäristönmuutoksen apulaisprofessori, Leedsin yliopisto
Kaikille maille, joilla on helppo pääsy matalalle ja tuuliselle Pohjanmerelle, merituuli on avainasemassa tapaamisessa…
3 metsäpalooppituntia metsäkaupungeille, kun Dixie Fire tuhoaa historiallisen Greenvillen, Kaliforniassa
3 metsäpalooppituntia metsäkaupungeille, kun Dixie Fire tuhoaa historiallisen Greenvillen, Kaliforniassa
by Bart Johnson, maisema -arkkitehtuurin professori, Oregonin yliopisto
Kuumassa, kuivassa vuoristometsässä palava metsäpalo pyyhkäisi kultakuumeen kaupungin Greenvillessa Kaliforniassa 4. elokuuta…
Kiina voi saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet, jotka rajoittavat hiilivoimaa
Kiina voi saavuttaa energia- ja ilmastotavoitteet, jotka rajoittavat hiilivoimaa
by Alvin Lin
Johtajan ilmastohuippukokouksessa huhtikuussa Xi Jinping lupasi, että Kiina "valvoo tiukasti hiilivoimaloita ...
Sinistä vettä kuolleen valkoisen ruohon ympäröimänä
Kartta seuraa 30 vuoden äärimmäistä lumen sulamista Yhdysvalloissa
by Mikayla Mace-Arizona
Uusi kartta äärimmäisistä lumen sulamistapahtumista viimeisten 30 vuoden aikana selventää nopeaa sulamista edistäviä prosesseja.
Lentokone pudottaa punaisen palonestoaineen metsäpaloon, kun tien varrella pysäköidyt palomiehet katsovat oranssiin taivaaseen
Malli ennustaa 10 vuoden metsäpalojen puhkeamista ja sitten asteittaista laskua
by Hannah Hickey-U. Washington
Katse maastopalojen pitkän aikavälin tulevaisuuteen ennustaa aluksi noin vuosikymmenen pituisen metsäpalojen toiminnan,…

 Hanki uusimmat sähköpostitse

Viikkolehti Päivittäinen inspiraatio

Uudet asenteet - uudet mahdollisuudet

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Sisäiset julkaisut. Kaikki oikeudet pidätetään.