Правила камуфлаж - Life Science
правила камуфлаж
жирафа на петна, зебра ивици, модели на крила на пеперуда - колко деца са измъчвани родители въпроси, където правят тези модни ярки снимки. Оказва се, че учените вече имат отговорите. Малко по химия, малко математика и еволюционен избор - естеството на техните бои за създаването на добре дефинирани правила.
Защо необичайно оцветяване?
В Ръдиард Киплинг има една приказка за това как леопардът получи петната си: имало едно време всички животни на Земята са боядисани изцяло униформа, но след това тревопасните животни, останали в гората, има ивици, петна и други модели маскиране и хищници трябваше да се приспособи към нови условия. Малко след това, че за пръв път се превърнаха черни хора (Киплинг приказка разказва етиопецът), а след това ловна солидарност покриха своите отпечатъци леопарди, така че те да могат отново тихо крадат до производство.
Десетки подобни истории за животните, могат да бъдат намерени в много различни части на света: дори Чарлз Дарвин смята, че основната функция на необичаен цвят на много животни - камуфлаж, че им помага или да се слее с околността, или да заблудят визията на хищници (или, напротив, жертвите) и замъгляването в очите им безсмислени петна.
Черно и бяло оцветяване лошо помага зебри бягство от хищници. Снимка: Сид Mosdell / Flickr
Какво вещества са боядисани животни?
В студенокръвни животни малко по-сложно. Вместо това те използват хроматофорите меланоцитите - клетки хромогенни, които не само осигуряват много по-голямо разнообразие от цветове, но и знаят как да променят своите размери. Благодарение на тях hamelon може да промени цвета си в зависимост от температурата на околната среда или настроението ви. Под кожата на един хамелеон има няколко нива на хроматофори. Най-горният съдържа клетки с червен или жълт пигмент, който може да бъде преразпределена в клетки хроматофори и след това да ги събере в центъра, по ширината на разпространението. В първия случай вторият слой е видима, която съдържа клетки с пигмент гуанин, което се дължи на влиянието на светлина може да отразява синьо. А най-дълбоката слой съдържа меланин. В зависимост от съотношението на "активен" на тези слоеве хамелеон могат да поемат най-различни цветове - от червено до синьо.
Това контролира всички тези процеси?
"Нищо в биологията има смисъл, освен в светлината на еволюцията", - каза съветски американски генетик Теодосий Dobzhansky класика. и оцветяване на животни не е изключение: еволюцията избира само най-добрите снимки, които да помогнат на своите превозвачи да оцелеят.
Най-ярък пример - Butterfly пъстър молец. Biston betularia. До средата на ХIХ век те са били незабележими сив цвят, което помогна да се слее с дънери. Но заедно с интензивен растеж на индустрията, те постепенно започнаха да се превърне черно, сякаш покрити със сажди, за да отговарят по-добре на новата среда.
Пъстър молец. Тъмните цветови варианти. Снимка: Бен Продажба / Flickr
Как са сложни модели?
През 1952 г., на английски математик Алън Тюринг в търсене на отговор на този въпрос, пише статия, в която на комплекса, хаотични модели сгъваеми обяснени от сравнително прост модел. Предполага се, че за оцветяване на животно реагира в най-простата форма не едно вещество, но две, които взаимодействат един с друг и с различна скорост, за да дифундира в пространството. Първият дава картината, ускорява синтеза на второто вещество и бавно дифундира, а вторият потъмнява тъканта, забавя синтезата на първо вещество и дифундира бързо.
За да илюстрираме този модел, понякога предлагат да се въведе горски пожар. Той изригна на няколко места (това е "първото вещество"), и след това да лети противопожарните служби и да се спре развитието на пламъка (това е "вторият вещество") - като резултат от птичи поглед виждаме зелена гора с петна от черно на протектора.
Една много важна характеристика на модела Тюринг - е неговата колебателен характер. Вещество в тази схема не става скучен начин директно към Б, но в вълни променя неговата концентрация: тя става малко по-малко, още малко, а след това по-малък отново, и така в крайна сметка тя е (все още) напълно се влива в Б.
Тук също има един класически пример - Белоусов-Zhabotinskogogo. В случай каноничен участва три вещества - катализатор, органична редуциращ агент и органичен окислителя, който заедно с техните междинни форми може да даде 80 различни реакции. Всички тези реакции са умело преплетени във времето и пространството (не се забравя, че реагентите са различни характеристика скорост дифузия), и като резултат те "боя" халюциногенни специфични модели.
Естеството на тези чертежи глобално определя от формата на пространството, където те взаимодействат вещество, техните коефициенти на дифузия и в частност, на началните концентрации. Всички заедно, това дава общ модел мотив (петна, ивици, концентрични кръгове) и теглене на информация (как ще се разпръснат петна) се определят от фактори като абсолютно хаотични неизбежните колебания в температурата.
Тюринг този начин само за да получите необичайно оцветяване на животни: някои фактори (дифузибелните вещества влизат в реакция) в хаоса на техните взаимодействия определят дейността на същите хроматофорите и меланоцитите, а само тези, които "прехвърля", за да получите "химикал" изображение върху кожата.
За дълго време, тази хипотеза има само косвени доказателства. В много модели, в съответствие с правилата на Тюринг, получена разнообразие от модели, които имитират цвета на голямо разнообразие от животни, от тропически риби зебра за токачки. Но молекулно характер на реакцията остава неясно.
Моделът на перата на токачки, дадени от уравненията на обикновен Тюринг. Снимка: Саша Wenninger / Flickr
Има и друг математически модел, който очевидно определя цвета на животните - е клетъчна автомат на фон Нойман. Тя изглежда по следния начин: представете си плоска решетка, в която всяка клетка може да бъде или боядисани, или не. Можете да настроите първоначалното състояние (да нарисува някои от клетките) и определяне на правилата на еволюцията модел - на която съседни клетки, трябва да "видят" всяка отделна клетка, за да се изчисли какво ще бъде следващото нещо към него.
Правилата могат да бъдат, например, такива. всяка клетка се "търси" наведнъж за всички свои съседи. Ако клетката е празна, а три или повече съседи е боядисан, следващия път, тя също се боядисва. Ако клетката е празна, и най-малко три съседи боядисани, той също остава празен, и така нататък.
Има много различни варианти на клетъчни автомати, а някои от тях също е повтарящ се модел на животни - дори и по-сложни от спотовете леопард, или концентрични кръгове. Например, фигури върху текстил конус мида черупка, Conus текстил. много подобен на клетъчната автомати, дневна с "правилото на 30".
Миди текстил конус. Снимка: Хари се изправи / Flickr
Съвсем наскоро тя разкрива. че сложните модели на клетъчен автомат може да са специален случай на уравнения Тюринг. Учени от Швейцария и България са изследвали ocellated гущер Тимон Лепид. които са родени с кафява кожа, покрита с бели точки (класическа Тюринг модел), а след това придобива лабиринт модела на зелени люспи от различни цветове. На всеки две седмици в продължение на три години, учените са записани на цвета на животни, и се оказа, че гущери пребоядисване случва на прости правила за клетъчни автомати.
Успоредно с това, изследователи са показали, че уравнение Тюринг при определени условия (променливи коефициенти на дифузия определят променлива дебелина между кожата везни гущер) може да генерира клетъчна автомати. Лесни и първоначалните условия без никакви магически се превръщат в красота хаос.