Hoe 's werelds meest beroemde codebreaker de geheimen van de schoonheid van de natuur ontsloot

wetenschap Het is niet nodig om de brandweer te bellen. rokopix / Shutterstock

De natuur intrekken lijkt misschien een wereld verwijderd van een wiskunde klaslokaal. Maar de schoonheid die ons omringt heeft orde - en een van 's werelds beste codebrekers was de sleutel om het te ontsluiten.

Alan Turing is het best bekend voor het ontcijferen van Duitse berichten gemaakt door hun enigma-machine in de Tweede Wereldoorlog. Maar de invloedrijke wetenschapper dacht diep na over de wisselwerking tussen natuur en wiskunde voor zijn vroegtijdige dood in 1954. In feite is zijn laatst gepubliceerd papier werd een van de grondleggende theorieën van de wiskundige biologie, een onderwerp dat gewijd is aan het begrijpen hoe de mechanismen van de natuur werken door vergelijkingen te vinden die hen beschrijven, van soortveranderingen tot de manier waarop kankerachtige tumoren groeien.

wetenschap Een mbu-kogelvis met een bijzonder betoverend Turing-patroon. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing stelde voor dat twee biologische chemicaliën die op wiskundig voorspelbare wijze met elkaar bewegen en met elkaar reageren, vormen en patronen in de natuur kunnen verklaren. Stel je bijvoorbeeld voor dat de vacht van een cheeta een droog bos is met chemische "vuren" die overal uitbreken. Tegelijkertijd werken brandbestrijdingschemicaliën van een tweede soort om deze branden te omringen en te bevatten, waarbij verkoolde plekken - of vlekken - achterblijven in het harige landschap.

Belangrijk is dat de snelheid van de brandbestrijdingsremmende chemische stof sneller moet zijn dan die van de spot-producerende activatorchemicalie om patronen te creëren. Te langzaam, en de activatorstof zal domineren, wat leidt tot uniforme kleur.

Turing bedacht twee vergelijkingen die modelleerden welke soorten patronen zouden worden geproduceerd, omdat zowel de concentratie van de twee chemicaliën als de snelheid waarmee ze diffunderen veranderingen teweegbrengen. Het was echter ongelooflijk moeilijk om deze complexe vergelijkingen met de primitieve computermachines in die tijd op te lossen. Turing voerde weliswaar de moeizame taak uit, maar produceerde een gevlekt patroon dat leek op de huid van een koe.

Geholpen door moderne computers hebben wetenschappers aangetoond dat Turing's vergelijkingen kunnen worden gebruikt om talloze tweedimensionale patronen na te bootsen die in de natuurlijke wereld worden waargenomen, van vingerafdrukken en jassen van dieren naar semi-aride landschappen.

Tonen dat de reacties en bewegingen van chemicaliën eigenlijk achter het creëren van de patronen van de natuur zit, was moeilijker. We kunnen bijvoorbeeld niet kijken hoe de vlekken van cheeta's zich ontwikkelen in de baarmoeder. Zelfs het observeren van de opmerkelijke patronen van de groeiende engel vis veranderen naarmate ze zich ontwikkelen van jeugdfase tot volwassenheid levert geen bewijs dat een dans van twee activator-remmende chemicaliën aan het werk is.

Recent echter Turing patronen in haar follikels, kippenveren en tanden-achtige haai "schalen" er is aangetoond dat alle producten geproduceerd worden door de interactie tussen een activator en een inhibitor-chemische stof.

Natuurlijk is de natuur zelden zo eenvoudig als twee chemische stoffen die op zichzelf in wisselwerking staan. Wetenschappers hebben nu de theorie van Turing uitgebreid om meer complexe systemen zoals uit te leggen mosselbanken, die zich honderden meters uitstrekken in een groot Turing-patroon en een heel ander type patroon op een kleinere schaal weergeven. Een vier-chemische versie van de theorie modelleert ook nauwkeurig de vorming van ruggen in de mond van een gewervelde.

Interessant is dat we Turing's werk ook kunnen toepassen op een hele reeks niet-visuele patronen. Bijvoorbeeld, mijn onderzoek onderzoekt hoe we ze gebruiken om de territoriumpatronen van dieren te modelleren. In plaats van de concentratie en reacties tussen chemicaliën te beschrijven, hebben we vergelijkbare vergelijkingen gebruikt om de waarschijnlijkheid van de locatie van individuen en de interacties tussen elk individu en zijn omgeving te beschrijven.

Zoals je je kunt voorstellen, zijn de vergelijkingen vaak zeer complex, zoals meerdere factoren invloed hebben op de beweging van een dier, van de geurvlekken en fysieke aanwezigheid van andere dieren op de locatie van prooi en zelfs herinnering.

Maar de bewegingspatronen voorspeld door vergelijkingen die deze factoren vergelijken, vergelijken verrassend goed tot de daadwerkelijke verplaatsing van dieren in een gebied. Dit onderzoek is niet alleen op zichzelf fascinerend, maar ook zo help ons te begrijpen hoe veranderingen in de habitat van een soort van invloed zijn op bredere ecosystemen - wat van groot belang zou kunnen zijn gezien de dreiging van uitsterven van het klimaat naar honderdduizenden soorten.

Deze methode om territoriumpatronen te modelleren kan zelfs worden uitgebreid tot menselijke populaties. Bijvoorbeeld een stukje onderzoek vertoonde dat de beweging van Los Angeles bendeleden nauwkeurig kan worden voorspeld door vergelijkingen die de centrale locatie van hun bende en de graffiti-tags van andere bendes modelleren.

Misschien zou zelfs Turing niet hebben gedacht hoeveel van de mooie geheimen van de natuur zijn baanbrekende papier zou ontgrendelen. En het is niet alleen wiskundige biologie waaraan hij een bepalende bijdrage heeft geleverd - we hebben zijn talent te danken zoveel meer. Bedankt Alan.The Conversation

Over de auteur

Natasha Ellison, PhD Researcher, Universiteit van Sheffield

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

volg InnerSelf op

facebook icontwitter iconyoutube iconinstagram pictogrampintrest pictogramrss-pictogram

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

NIEUWSTE VIDEO'S

De grote klimaatmigratie is begonnen
De grote klimaatmigratie is begonnen
by Super User
De klimaatcrisis dwingt duizenden over de hele wereld te vluchten omdat hun huizen steeds onbewoonbaarder worden.
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
De laatste ijstijd vertelt ons waarom we ons zorgen moeten maken over een verandering in temperatuur van 2 ℃
by Alan NWilliams, et al
Het laatste rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) stelt dat zonder een substantiële afname ...
De aarde is al miljarden jaren bewoonbaar - hoe gelukkig hebben we het gehad?
De aarde is al miljarden jaren bewoonbaar - hoe gelukkig hebben we het gehad?
by Toby Tyrrell
Het kostte de evolutie 3 of 4 miljard jaar om Homo sapiens te produceren. Als het klimaat maar één keer volledig was mislukt in die ...
Hoe het weer in kaart brengen 12,000 jaar geleden kan helpen bij het voorspellen van toekomstige klimaatverandering
Hoe het weer in kaart brengen 12,000 jaar geleden kan helpen bij het voorspellen van toekomstige klimaatverandering
by Brice Rea
Het einde van de laatste ijstijd, zo'n 12,000 jaar geleden, werd gekenmerkt door een laatste koude fase genaamd de Jongere Dryas.…
De Kaspische Zee zal deze eeuw met 9 meter of meer dalen
De Kaspische Zee zal deze eeuw met 9 meter of meer dalen
by Frank Wesselingh en Matteo Lattuada
Stel je voor dat je aan de kust bent en uitkijkt over zee. Voor je ligt 100 meter kaal zand dat eruitziet als een ...
Venus leek weer op de aarde, maar door klimaatverandering werd het onbewoonbaar
Venus leek weer op de aarde, maar door klimaatverandering werd het onbewoonbaar
by Richard Ernst
We kunnen veel leren over klimaatverandering van Venus, onze zusterplaneet. Venus heeft momenteel een oppervlaktetemperatuur van ...
Vijf klimaatongevallen: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
The Five Climate Disbeliefs: een spoedcursus in verkeerde klimaatinformatie
by John Cook
Deze video is een spoedcursus over verkeerde informatie over het klimaat, waarin de belangrijkste argumenten worden samengevat die worden gebruikt om de realiteit in twijfel te trekken ...
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
Het noordpoolgebied is al 3 miljoen jaar niet zo warm geweest en dat betekent grote veranderingen voor de planeet
by Julie Brigham-Grette en Steve Petsch
Elk jaar krimpt de zee-ijsbedekking in de Noordelijke IJszee tot half september tot een dieptepunt. Dit jaar meet het slechts 1.44 ...

LAATSTE ARTIKELEN

groene energie2 3
Vier groene waterstofkansen voor het middenwesten
by Christelijke Tae
Om een ​​klimaatcrisis af te wenden, zal het Midwesten, net als de rest van het land, zijn economie volledig koolstofarm moeten maken door...
ug83qrfw
Grote barrière om respons te eisen moet worden beëindigd
by John Moore, op aarde
Als federale regelgevers het juiste doen, kunnen elektriciteitsklanten in het Midwesten binnenkort misschien geld verdienen terwijl ...
bomen om te planten voor het klimaat
Plant deze bomen om het stadsleven te verbeteren
by Mike Williams-Rice
Een nieuwe studie stelt levende eiken en Amerikaanse platanen vast als kampioenen onder 17 "superbomen" die zullen helpen steden te maken ...
Noordzee zeebodem
Waarom we de geologie van de zeebodem moeten begrijpen om de wind te benutten?
by Natasha Barlow, universitair hoofddocent quartaire milieuverandering, Universiteit van Leeds
Voor elk land dat gezegend is met gemakkelijke toegang tot de ondiepe en winderige Noordzee, zal offshore wind de sleutel zijn om te voldoen aan de netto ...
3 natuurbrandlessen voor bossteden terwijl Dixie Fire het historische Greenville, Californië vernietigt
3 natuurbrandlessen voor bossteden terwijl Dixie Fire het historische Greenville, Californië vernietigt
by Bart Johnson, hoogleraar landschapsarchitectuur, Universiteit van Oregon
Een wildvuur brandde in heet, droog bergbos op 4 augustus door de Gold Rush-stad Greenville, Californië, ...
China kan energie- en klimaatdoelstellingen halen om steenkoolstroom af te dekken
China kan energie- en klimaatdoelstellingen halen om steenkoolstroom af te dekken
by Alvin Lin
Tijdens de klimaattop van de leider in april beloofde Xi Jinping dat China “de kolengestookte energie strikt zal controleren …
Blauw water omringd door dood wit gras
Kaart volgt 30 jaar extreme sneeuwsmelt in de VS
by Mikayla Mace-Arizona
Een nieuwe kaart van extreme sneeuwsmeltgebeurtenissen in de afgelopen 30 jaar verduidelijkt de processen die snel smelten veroorzaken.
Een vliegtuig laat rode brandvertrager op een bosbrand vallen terwijl brandweerlieden die langs een weg geparkeerd staan ​​omhoog kijken naar de oranje lucht
Model voorspelt 10-jarige uitbarsting van natuurbrand, daarna geleidelijke afname
by Hannah Hickey-U. Washington
Een blik op de toekomst van bosbranden op de lange termijn voorspelt een eerste ruwweg tien jaar durende uitbarsting van natuurbrandactiviteit, ...

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

Nieuwe attitudes - nieuwe mogelijkheden

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Alle rechten voorbehouden.