איך שובר הקודים המפורסם ביותר בעולם נעל את רזי היופי של הטבע

מדע אין צורך להתקשר למכבי האש. rokopix / Shutterstock

יציאה לטבע אולי נראית עולם הרחק מכיתת המתמטיקה. אבל ליופי שסובב אותנו יש סדר - ואחד מפורצי הקוד הטובים בעולם היה המפתח לפתיחתו.

אלן טיורינג אולי ידוע בעיקר בזכות פענוח הודעות גרמניות שנוצרו על ידי מכונת האניגמה שלהם במלחמת העולם השנייה. אבל ה מדען משפיע חשב על האינטראקציה בין טבע ומתמטיקה לעומק רב לפני מותו בטרם עת ב- 1954. למעשה, שלו המאמר שפורסם לאחרונה הפכה לאחת מתיאוריות היסוד של הביולוגיה המתמטית, נושא שהוקדש להבנה כיצד מנגנוני הטבע פועלים על ידי מציאת משוואות המתארות אותם, החל מאוכלוסיית המינים משתנה לאופן התפתחות גידולים סרטניים.

מדע נשיפה של mbu עם דפוס טיורינג מהפנט במיוחד. דניס ג'ייקובסן / שוטרסטוק

טיורינג הציע ששני כימיקלים ביולוגיים הנעים ומגיבים זה עם זה בצורה ניתנת לחיזוי מתמטי יוכלו להסביר צורות ודפוסים ברחבי הטבע. לדוגמה, דמיין שמעיל ברדלס הוא יער יבש עם "שריפות" כימיות שפורצות בכל רחבי העולם. במקביל, כימיקלים מכבאות אש מסוג שני פועלים להקיף ולהכיל שריפות אלה, ומשאירים טלאים חרוכים - או כתמים - בנוף הפרוותי.

חשוב לציין, שמהירותו של כימיקל מעכב כיבוי האש חייבת להיות מהירה יותר מזו של כימיקל ההפעלה היוצר נקודה לצורך יצירת דפוסים. איטי מדי, וכימיקלי ההפעלה ישלטו, מה שיוביל לצבע אחיד.

טיורינג העלה שתי משוואות המדגימות אילו סוגים של דפוסים ייווצרו גם כריכוז שני הכימיקלים וגם המהירות בה הם משתנים. עם זאת, היה קשה להפליא לפתור את המשוואות המורכבות הללו עם מכונות המחשוב הפרימיטיביות שהיו באותה תקופה. טיורינג אמנם ביצע את המשימה הקפדנית פעם אחת, והפיק דפוס מנומר שדומה לעור פרה.

בעזרת מחשבים מודרניים, מדענים הראו כי ניתן להשתמש במשוואות טיורינג לחיקוי אינספור דפוסים דו מימדיים הנראים ברחבי העולם הטבעי, טביעות אצבע ו מעילי בעלי חיים ל נופים צחיחים למחצה.

ההוכחה שהתגובות והתנועות של הכימיקלים עומדות למעשה מאחורי יצירת דפוסי הטבע הייתה קשה יותר. לדוגמה, איננו יכולים לצפות כיצד מתפתחים כתמי ברדלסים ברחם. אפילו התבוננות בדפוסים המדהימים של דג המלאך להשתנות ככל שהם מתפתחים משלב הנעורים ועד הבגרות אינו מספק הוכחה לכך שריקוד של שני כימיקלים מעכבים מפעילים נמצא בעבודה.

אך לאחרונה, דפוסי טיורינג in זקיקי שיער, נוצות עוף, ו "קשקשים" כמו כריש דמוי שיניים הוכח שכולו ישירות שנוצר על ידי האינטראקציה בין מפעיל לכימיקל מעכב.

כמובן שהטבע לעיתים רחוקות פשוט כמו שני כימיקלים העוסקים בבידוד. מדענים הרחיבו כעת את התיאוריה של טיורינג כדי להסביר מערכות מורכבות יותר כמו מיטות צדפות, הנמשכים מאות מטרים בתבנית טיורינג גדולה, ומציגים סוג שונה לחלוטין של תבנית בקנה מידה קטן יותר. גרסה ארבע-כימית של התיאוריה גם מדגמת במדויק את ה- היווצרות רכסים בפה של חוליות.

מעניין לציין שגם אנו יכולים ליישם את עבודתו של טיורינג על מגוון שלם של דפוסים לא חזותיים. לדוגמה, המחקר שלי בוחן כיצד אנו משתמשים בהם כדי לדגמן את דפוסי הטריטוריה של בעלי חיים. במקום לתאר את הריכוז והתגובות בין כימיקלים, השתמשנו במשוואות דומות כדי לתאר את ההסתברות למיקום של אנשים, ואת האינטראקציות בין כל אדם לסביבתו.

כפי שאתה יכול לדמיין, המשוואות הן לעתים קרובות מורכבות מאוד גורמים מרובים להשפיע על התנועה של בעל חיים, מה- סימני ריח ונוכחות פיזית של בעלי חיים אחרים למיקום הטרף ואפילו לזיכרון.

אך דפוסי התנועה שנבנו על ידי משוואות המדגמים גורמים אלה משווים מפתיע היטב לתנועה בפועל של בעלי חיים באזור. בנוסף להיות מרתק בפני עצמו, מחקר כזה יכול עזור לנו להבין כיצד שינויים בבית הגידול של מין משפיעים על מערכות אקולוגיות רחבות יותר - דבר שעשוי להיות חשוב ביותר בהתחשב באיום ההפרדה באקלים של הכחדת האקלים על מאות אלפי מינים.

שיטה זו של דוגמנות דפוסי טריטוריה יכולה להרחיב אפילו לאוכלוסיות אנושיות. למשל, מחקר אחד הראה שניתן לחזות במדויק את תנועתם של חברי הכנופיה בלוס אנג'לס על ידי משוואות המדגימות את המיקום המרכזי של הכנופיה שלהם ואת תגי הגרפיטי של כנופיות אחרות.

אולי אפילו טיורינג לא היה מדמיין כמה סודותיו היפים של הטבע עיתון הזרע שלו יפתח. ולא רק ביולוגיה מתמטית עליה תרם תרומה מכרעת - יש לנו את הגאונות שלו להודות עליה כל כך הרבה יותר. תודה אלן.שיחה

על המחבר

נטשה אליסון, חוקרת דוקטורט, אוניברסיטת שפילד

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

ספרים קשורים

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

עקוב אחר InnerSelf ב

אייקון פייסבוקאייקון טוויטרסמל YouTubeאייקון אינסטגרםסמל pintrestאייקון rss

 קבל את הדוא"ל האחרון

מגזין שבועי השראה יומית

הסרטים האחרונים

הגירת האקלים הגדולה החלה
הגירת האקלים הגדולה החלה
by משתמש סופר
משבר האקלים מכריח אלפים ברחבי העולם לברוח מכיוון שבתיהם הופכים יותר ויותר למגורים.
עידן הקרח האחרון מספר לנו מדוע עלינו לדאוג לשינוי בטמפרטורה
עידן הקרח האחרון מספר לנו מדוע עלינו לדאוג לשינוי בטמפרטורה
by אלן נ ויליאמס, et al
הדו"ח האחרון של הפאנל הבין-ממשלתי לשינויי אקלים (IPCC) קובע כי ללא ירידה משמעותית ...
כדור הארץ נשאר מגורים מיליארדי שנים - בדיוק איזה מזל קיבלנו?
כדור הארץ נשאר מגורים מיליארדי שנים - בדיוק איזה מזל קיבלנו?
by טובי טירל
לקח לאבולוציה 3 או 4 מיליארד שנים לייצר הומו ספיינס. אם האקלים היה נכשל לחלוטין פעם אחת בלבד באותו ...
כיצד מיפוי מזג האוויר לפני 12,000 שנה יכול לעזור לחזות שינויי אקלים עתידיים
כיצד מיפוי מזג האוויר לפני 12,000 שנה יכול לעזור לחזות שינויי אקלים עתידיים
by בריס ריי
סוף עידן הקרח האחרון, לפני כ -12,000 שנה, התאפיין בשלב קר אחרון שנקרא Dryas הצעיר יותר ...
הים הכספי אמור ליפול ב -9 מטרים ומעלה במאה הזו
הים הכספי אמור ליפול ב -9 מטרים ומעלה במאה הזו
by פרנק וסלינג 'ומתאו לטואדה
דמיין שאתה נמצא על החוף, משקיף אל הים. לפניך מונח 100 מטרים של חול צחיח שנראה כמו ...
ונוס הייתה עוד פעם כמו כדור הארץ, אך שינויי האקלים הפכו אותה לבלתי ראויה למגורים
ונוס הייתה עוד פעם כמו כדור הארץ, אך שינויי האקלים הפכו אותה לבלתי ראויה למגורים
by ריצ'רד ארנסט
אנו יכולים ללמוד הרבה על שינויי אקלים מוונוס, כוכב אחותנו. לנוגה יש כיום טמפרטורת שטח של ...
חמש אי אמונות באקלים: קורס התרסקות במידע מוטעה באקלים
חמשת אי האמונה באקלים: קורס התרסקות במידע מוטעה באקלים
by ג 'ון קוק
סרטון זה הוא קורס קריסה במידע מוטעה באקלים, המסכם את הטיעונים המרכזיים המשמשים להטלת ספק במציאות ...
הארקטי לא היה כל כך חם במשך 3 מיליון שנה וזה אומר שינויים גדולים עבור הפלנטה
הארקטי לא היה כל כך חם במשך 3 מיליון שנה וזה אומר שינויים גדולים עבור הפלנטה
by ג'ולי בריגהאם-גרט וסטיב פטיש
מדי שנה, כיסוי קרח הים באוקיאנוס הארקטי מצטמצם עד לנקודה נמוכה באמצע ספטמבר. השנה הוא מודד רק 1.44 ...

כתבות אחרונות

אנרגיה ירוקה2 3
ארבע הזדמנויות מימן ירוק למערב התיכון
by כריסטיאן טיי
כדי למנוע משבר אקלים, המערב התיכון, כמו שאר המדינה, יצטרך לשחרר את כלכלתו לחלוטין על ידי...
ug83qrfw
החסם העיקרי לתגובת דרישה צריך להסתיים
by ג'ון מור, על כדור הארץ
אם הרגולטורים הפדרליים יעשו את הדבר הנכון, ייתכן שלקוחות החשמל ברחבי המערב התיכון יוכלו בקרוב להרוויח כסף בזמן...
עצים לשתילה לאקלים2
לשתול עצים אלה כדי לשפר את חיי העיר
by מייק וויליאמס-רייס
מחקר חדש קובע אלונים חיים ושקמים אמריקאים כאלופים בין 17 "עצי סופר" שיעזרו להפוך ערים...
קרקעית הים הצפונית
מדוע עלינו להבין את הגיאולוגיה של קרקעית הים כדי לרתום את הרוחות
by נטשה בארלו, פרופסור חבר לשינוי סביבתי רבעוני, אוניברסיטת לידס
עבור כל מדינה שבורכה בגישה נוחה לים הצפוני הרדוד והסוער, רוח מהחוף תהיה המפתח למפגש רשת...
3 שיעורי אש בשדה קוצים לעיירות יער כאשר דיקסי פייר הורסת את גרינוויל ההיסטורית, קליפורניה
3 שיעורי אש בשדה קוצים לעיירות יער כאשר דיקסי פייר הורסת את גרינוויל ההיסטורית, קליפורניה
by בארט ג'ונסון, פרופסור לאדריכלות נוף, אוניברסיטת אורגון
שריפת שריפה בוערת ביער הרים חם ויבש שטפה את העיר Gold Rush, גרינוויל, קליפורניה, ב -4 באוגוסט,…
סין יכולה לעמוד ביעדי אנרגיה ואקלים המכסים את עוצמת הפחם
סין יכולה לעמוד ביעדי אנרגיה ואקלים המכסים את עוצמת הפחם
by אלווין לין
בפסגת האקלים של המנהיג באפריל, התחייב שי ג'ינפינג כי סין תשלוט בקפדנות בכוח הפחם ...
מים כחולים מוקפים דשא לבן מת
מפה עוקבת אחר 30 שנים של התכה שלג קיצונית ברחבי ארה"ב
by מיקיילה מייס-אריזונה
מפה חדשה של אירועי התכה שלג קיצוניים במהלך 30 השנים האחרונות מבהירה את התהליכים המניעים התכה מהירה.
מטוס משליך מעכב אש אדום על שריפת יער כשכבאים חונים לאורך כביש מביטים למעלה לשמיים הכתומים
המודל חוזה פרץ של 10 שנים של שריפה, ולאחר מכן ירידה הדרגתית
by חנה היקי-יו. וושינגטון
מבט על עתידם לטווח הארוך של שריפות היער מנבא פרץ ראשוני בן כעשור בערך של פעילות מדורות, ...

 קבל את הדוא"ל האחרון

מגזין שבועי השראה יומית

עמדות חדשות - אפשרויות חדשות

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | שוק InnerSelf
זכויות יוצרים © 1985 - פרסומי 2021 InnerSelf. כל הזכויות שמורות.