Jak najsłynniejszy na świecie łamacz kodów odkrył sekrety piękna natury

nauka Nie trzeba dzwonić do straży pożarnej. rokopix / Shutterstock

Wydostać się do natury może wydawać się światem z dala od klasy matematyki. Ale piękno, które nas otacza, ma porządek - a jeden z najlepszych na świecie twórców kodów był kluczem do jego odblokowania.

Alan Turing może być najbardziej znany z odszyfrowywania niemieckich wiadomości utworzonych przez ich maszynę do zagadek podczas II wojny światowej. Ale wpływowy naukowiec zastanawiał się nad interakcją między naturą a matematyką na wielkiej głębokości przed jego przedwczesną śmiercią w 1954. W rzeczywistości jego ostatnio opublikowany artykuł stała się jedną z podstawowych teorii biologii matematycznej, przedmiotem poświęconym zrozumieniu działania mechanizmów przyrody poprzez znalezienie równań, które je opisują, od zmian populacji gatunków po rozwój nowotworów nowotworowych.

nauka Rozdymka mbu ubrana w wyjątkowo hipnotyzujący wzór Turinga. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing zaproponował, że dwie biologiczne substancje chemiczne poruszające się i reagujące ze sobą w matematycznie przewidywalny sposób mogą wyjaśnić kształty i wzorce zachodzące w naturze. Wyobraź sobie na przykład, że płaszcz geparda to suchy las, w którym wybuchają chemiczne pożary. Jednocześnie strażackie chemikalia drugiego typu działają w otoczeniu i powstrzymują te pożary, pozostawiając zwęglone plamy - lub plamy - w futrzanym krajobrazie.

Co ważne, prędkość tworzonego wzoru musi być szybsza niż substancja chemiczna będąca inhibitorem gaszenia pożaru niż prędkość substancji chemicznej aktywującej tworzenie plam. Zbyt wolno, a substancja aktywująca dominuje, co prowadzi do jednolitego koloru.

Turing opracował dwa równania, które modelują, jakie rodzaje wzorów będą wytwarzane zarówno jako stężenie dwóch chemikaliów, jak i prędkość, z jaką rozpraszają zmiany. Jednak niezwykle trudne było rozwiązanie tych złożonych równań za pomocą prymitywnych maszyn komputerowych w tym czasie. Turing jednak raz podjął się żmudnego zadania, tworząc nakrapiany wzór przypominający skórę krowy.

Wspierani przez współczesne komputery naukowcy wykazali, że równania Turinga można wykorzystać do naśladowania niezliczonych dwuwymiarowych wzorów obserwowanych w świecie przyrody, z odciski palców oraz płaszcze zwierząt do półpustynne krajobrazy.

Trudniej było wykazać, że reakcje i ruchy chemikaliów rzeczywiście odpowiadają za tworzenie wzorów natury. Nie możemy na przykład obserwować, jak w macicy rozwijają się plamy geparda. Nawet obserwując niezwykłe wzory rosnących anielskich ryb zmieniają się wraz z rozwojem od etapu młodości do wieku dorosłego nie dostarcza dowodów na to, że taniec dwóch chemikaliów będących inhibitorami aktywatora działa.

Ostatnio jednak Wzory Turinga in mieszki włosowe, pióra kurczaka, „łuski” rekina wszystkie zostały bezpośrednio wykazane przez interakcję między aktywatorem a inhibitorem chemicznym.

Oczywiście natura rzadko jest tak prosta, jak dwie substancje chemiczne oddziałujące w izolacji. Naukowcy rozszerzyli teorię Turinga, aby wyjaśnić bardziej złożone systemy, takie jak łóżka z małży, które rozciągają się na setki metrów w dużym wzorze Turinga i wyświetlają zupełnie inny rodzaj wzoru w mniejszej skali. Czterochemiczna wersja teorii również dokładnie modeluje tworzenie się grzbietów w pysku kręgowca.

Co ciekawe, możemy również zastosować pracę Turinga do całej gamy wzorów niewizualnych. Na przykład, moje badania bada, w jaki sposób wykorzystujemy je do modelowania wzorów terytorium zwierząt. Zamiast opisywać stężenie i reakcje między chemikaliami, zastosowaliśmy podobne równania, aby opisać prawdopodobieństwo lokalizacji osobników oraz interakcje między nimi a ich otoczeniem.

Jak możesz sobie wyobrazić, równania są często bardzo złożone, as wiele czynników wpływać na ruch zwierzęcia, od ślady zapachu i fizyczna obecność innych zwierząt w miejscu ofiary, a nawet w pamięci.

Ale wzorce ruchów przewidywane przez równania, które modelują te czynniki, są porównywane zaskakująco dobrze do faktycznego przemieszczania zwierząt na danym obszarze. Takie badania mogą być fascynujące same w sobie pomóż nam zrozumieć jak zmiany w siedlisku gatunku wpływają na szersze ekosystemy - co może być bardzo ważne, biorąc pod uwagę zagrożenie wyginięciem rozkładem klimatu dla setek tysięcy gatunków.

Ta metoda modelowania wzorów terytorium może być nawet rozszerzona na populacje ludzkie. Na przykład jeden kawałek badań pokazał że ruch członków gangu w Los Angeles można dokładnie przewidzieć za pomocą równań, które modelują centralne położenie ich gangu i graffiti innych gangów.

Być może nawet Turing nie wyobrażałby sobie, ile pięknych sekretów natury odkryje jego przełomowa praca. I nie tylko biologia matematyczna, w którą wniósł decydujący wkład - mamy za to jego geniusz, za który możemy podziękować dużo więcej. Dzięki Alan.Konwersacje

O autorze

Natasha Ellison, doktor naukowiec, University of Sheffield

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

śledź InnerSelf na

facebook iconikona twittericon youtubeikona instagramikona kuflaikona rss

 Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail

Tygodnik Codzienna inspiracja

NAJNOWSZE FILMY

Rozpoczęła się wielka migracja klimatyczna
Rozpoczęła się wielka migracja klimatyczna
by Super Użytkownik
Kryzys klimatyczny zmusza tysiące ludzi na całym świecie do ucieczki, ponieważ ich domy stają się coraz bardziej niezdatne do zamieszkania.
Ostatnia epoka lodowcowa mówi nam, dlaczego musimy dbać o zmianę temperatury o 2 ℃
Ostatnia epoka lodowcowa mówi nam, dlaczego musimy dbać o zmianę temperatury o 2 ℃
by Alan N Williams i in
W najnowszym raporcie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) stwierdzono, że bez znaczącego spadku…
Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło?
Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło?
by Toby Tyrrell
Stworzenie Homo sapiens zajęło ewolucji 3-4 miliardy lat. Gdyby klimat zawiódł tylko raz w tym…
Jak tworzenie map pogody sprzed 12,000 XNUMX lat może pomóc przewidzieć przyszłe zmiany klimatu
Jak tworzenie map pogody sprzed 12,000 XNUMX lat może pomóc przewidzieć przyszłe zmiany klimatu
by Brice Rea , , , , , , , , , ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,
Koniec ostatniej epoki lodowcowej, około 12,000 XNUMX lat temu, charakteryzował się końcową fazą zimna zwaną młodszymi dryasami.…
Morze Kaspijskie spadnie w tym stuleciu o 9 metrów lub więcej
Morze Kaspijskie spadnie w tym stuleciu o 9 metrów lub więcej
by Frank Wesselingh i Matteo Lattuada
Wyobraź sobie, że jesteś na wybrzeżu i spoglądasz na morze. Przed tobą 100 metrów jałowego piasku, który wygląda jak…
Wenus była kiedyś bardziej podobna do Ziemi, ale zmiany klimatu sprawiły, że nie nadawała się do zamieszkania
Wenus była kiedyś bardziej podobna do Ziemi, ale zmiany klimatu sprawiły, że nie nadawała się do zamieszkania
by Richard Ernst
O zmianach klimatu możemy się wiele nauczyć od Wenus, naszej siostrzanej planety. Wenus ma obecnie temperaturę powierzchni…
Pięć niewiary klimatycznych: przyspieszony kurs dezinformacji klimatycznej
Pięć niewiary klimatycznych: szybki kurs dezinformacji klimatycznej
by John Cook
Ten film to przyspieszony kurs dezinformacji klimatycznej, podsumowujący kluczowe argumenty użyte do poddania w wątpliwość rzeczywistości…
Arktyka nie była tak ciepła od 3 milionów lat, co oznacza duże zmiany dla planety
Arktyka nie była tak ciepła od 3 milionów lat, co oznacza duże zmiany dla planety
by Julie Brigham-Grette i Steve Petsch
Każdego roku pokrywa lodu morskiego w Oceanie Arktycznym kurczy się do najniższego poziomu w połowie września. W tym roku mierzy zaledwie 1.44…

NAJNOWSZE ARTYKUŁY

zielona energia2 3
Cztery możliwości zielonego wodoru dla Środkowego Zachodu
by Chrześcijański Tae
Aby zapobiec kryzysowi klimatycznemu, Środkowy Zachód, podobnie jak reszta kraju, będzie musiał całkowicie zdekarbonizować swoją gospodarkę do…
ug83qrfw
Główna bariera w odpowiedzi na zapotrzebowanie musi się skończyć
by John Moore, Na Ziemi
Jeśli federalne organy regulacyjne postąpią właściwie, odbiorcy energii elektrycznej na Środkowym Zachodzie mogą wkrótce zacząć zarabiać, podczas gdy…
drzewa do sadzenia dla klimatu2
Posadź te drzewa, aby poprawić życie w mieście
by Mike Williams-Rice
Nowe badanie ustala, że ​​żywe dęby i amerykańskie jawory są mistrzami wśród 17 „superdrzew”, które pomogą uczynić miasta…
dno morza północnego
Dlaczego musimy zrozumieć geologię dna morskiego, aby wykorzystać wiatry?
by Natasha Barlow, profesor nadzwyczajny czwartorzędowej zmiany środowiska, Uniwersytet w Leeds
Dla każdego kraju obdarzonego łatwym dostępem do płytkiego i wietrznego Morza Północnego, morski wiatr będzie kluczem do spełnienia sieci…
3 lekcje pożarów dla miast leśnych, gdy Dixie Fire niszczy historyczne Greenville w Kalifornii
3 lekcje pożarów dla miast leśnych, gdy Dixie Fire niszczy historyczne Greenville w Kalifornii
by Bart Johnson, profesor architektury krajobrazu, University of Oregon
Pożar płonący w gorącym, suchym górskim lesie przetoczył się przez miasto Gold Rush w Greenville w Kalifornii, 4 sierpnia…
Chiny mogą osiągnąć cele energetyczne i klimatyczne, ograniczając energetykę węglową
Chiny mogą osiągnąć cele energetyczne i klimatyczne, ograniczając energetykę węglową
by Alvin Lin
Na kwietniowym Szczycie Klimatycznym przywódców Xi Jinping obiecał, że Chiny będą „ściśle kontrolować energetykę węglową…
Niebieska woda otoczona martwą białą trawą
Mapa śledzi 30 lat ekstremalnego topnienia śniegu w USA
by Mikayla Mace-Arizona
Nowa mapa ekstremalnych zjawisk topnienia śniegu w ciągu ostatnich 30 lat wyjaśnia procesy, które prowadzą do szybkiego topnienia.
Samolot zrzuca czerwony środek ogniochronny na pożar lasu, gdy strażacy zaparkowani wzdłuż drogi patrzą w pomarańczowe niebo
Model przewiduje 10-letni wybuch pożaru, a następnie stopniowy spadek
by Hannah Hickey-U. Waszyngton
Spojrzenie na długoterminową przyszłość pożarów przewiduje początkowy, mniej więcej dekadowy wybuch aktywności pożarów…

 Otrzymuj najnowsze wiadomości e-mail

Tygodnik Codzienna inspiracja

Nowe postawy - nowe możliwości

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.pl | Rynek wewnętrzny
Copyright © 1985 - Publikacje wewnętrzne 2021. Wszelkie prawa zastrzeżone.