211service.com
Algorytm ujawnia tajemnice kształtu liści
Liście ewoluowały przez miliony lat, aby zoptymalizować zbieranie światła, transport składników odżywczych do i z ciała rośliny oraz mechaniczną stabilność przed naturalnymi stresami, mówi David Young, fizyk z Lawrence Livermore National Laboratories w pobliżu San Francisco.
Zagadka polega na tym, jak liście wyrastają w tak różnorodne, podobne kształty. Jaki proces może kontrolować ten wzrost? Oczywiście, istnieje genetyczny składnik wzrostu liści, ale to nie może być cała historia, ponieważ liście tej samej rośliny czasami przybierają różne kształty, zjawisko znane jako heteroblastia. Dzieje się tak, ponieważ czynniki środowiskowe, takie jak odżywianie, światło słoneczne również wpływają na wzrost i kształt.
Różne teorie próbują wyjaśnić kształt liścia za pomocą takich idei, jak fraktale i proces reakcji-dyfuzji Turinga. Ale żadne nie dostarcza przekonującego wyjaśnienia różnorodności kształtów liści występujących w przyrodzie.
Dzisiaj Young próbuje to zmienić, przedstawiając prosty model wzrostu liści, który odtwarza większość kształtów liści występujących w naturze. Moim celem jest wyjaśnienie nie tylko zakresu kształtów liści występujących u roślin wyższych, ale także dużych różnic w kształcie obserwowanych w liściach blisko spokrewnionych roślin, mówi.
W jego modelu wzrost płatków liściowych jest regulowany przez położenie nerwów liściowych. Liść po prostu rośnie w 2 wymiarach w sposób regulowany przez prosty algorytm. To właśnie ten wzór wzrostu określa ostateczny kształt liścia. W modelu Younga ostateczny kształt liścia jest tak naprawdę przypadkowym produktem tego procesu wzrostu.
To ciekawe i potężne podejście. Zmieniając tylko kilka parametrów, Young może uzyskać zaskakująco bogatą różnorodność kształtów. Na przykład jego model produkuje różne liście dębu, aceru, topoli i wierzby i wiele innych.
Wytwarza również jeden lub dwa kształty nie występujące w naturze, co nasuwa pytanie, dlaczego wydaje się, że dobór naturalny ich uniknął.
Co być może najważniejsze, algorytm Younga jest biologicznie prawdopodobny: nietrudno dostrzec, jak procesy genetyczne i środowiskowe mogą się łączyć, aby zachowywać się w ten sposób.
Teraz potrzebuje kogoś, kto zmapuje parametry algorytmu na rzeczywiste procesy genetyczne/chemiczne zachodzące w liściach w miarę ich wzrostu. To może zająć trochę czasu, ale w żadnym wypadku nie wykracza to poza biologów roślin. Jacyś wolontariusze?
Nr ref.: arxiv.org/abs/1004.4388 : Model Algorytmu Wzrostu Kształtu Liści