วิธีการถอดรหัสลับที่โด่งดังที่สุดในโลกไขความลับของความงามตามธรรมชาติ

วิทยาศาสตร์ ไม่จำเป็นต้องโทรหาหน่วยดับเพลิง rokopix / Shutterstock

ออกไปสู่ธรรมชาติอาจดูเหมือนโลกที่อยู่ห่างจากห้องเรียนคณิตศาสตร์ แต่ความงามที่ล้อมรอบเรามีความเป็นระเบียบเรียบร้อยและหนึ่งในผู้สร้างโค้ดที่ดีที่สุดในโลกคือกุญแจไขการปลดล็อค

Alan Turing อาจเป็นที่รู้จักกันดีในการถอดรหัสข้อความภาษาเยอรมันที่สร้างขึ้นโดยเครื่องปริศนาในสงครามโลกครั้งที่สอง แต่ นักวิทยาศาสตร์ผู้มีอิทธิพล คิดเกี่ยวกับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างธรรมชาติและคณิตศาสตร์อย่างลึกซึ้งก่อนที่เขาจะเสียชีวิตใน 1954 ก่อนวัยอันควร อันที่จริงแล้วเขา เอกสารเผยแพร่ล่าสุด กลายเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีทางคณิตศาสตร์คณิตศาสตร์ซึ่งเป็นวิชาที่อุทิศให้กับการทำความเข้าใจว่ากลไกของธรรมชาติทำงานอย่างไรโดยการหาสมการที่อธิบายพวกเขาจากการเปลี่ยนแปลงประชากรของเผ่าพันธุ์ไปจนถึงการเติบโตของเนื้องอกมะเร็ง

วิทยาศาสตร์ ปลาปักเป้า mbu สวมรูปแบบทัวริงที่ชวนให้หลงใหล Dennis Jacobsen / Shutterstock

ทัวริงเสนอว่าสารเคมีชีวภาพสองชนิดเคลื่อนที่และตอบสนองซึ่งกันและกันด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่สามารถคาดการณ์ได้สามารถอธิบายรูปร่างและรูปแบบทั่วธรรมชาติ ตัวอย่างเช่นลองจินตนาการว่าเสื้อคลุมของเสือชีตาห์เป็นป่าแห้งที่มีสารเคมี“ เพลิงไหม้” แตกกระจายไปหมด ในขณะเดียวกันสารเคมีดับเพลิงของงานประเภทที่สองเพื่อล้อมรอบและมีไฟเหล่านี้ออกจากแพทช์ไหม้เกรียม - หรือจุด - ในภูมิทัศน์ที่มีขนยาว

สิ่งสำคัญคือความเร็วของสารยับยั้งการดับเพลิงจะต้องเร็วกว่าสารเคมีกระตุ้นการสร้างจุดเพื่อสร้างลวดลาย ช้าเกินไปและสารเคมีกระตุ้นจะครอบงำนำไปสู่สีที่สม่ำเสมอ

ทัวริงมาพร้อมกับสมการสองแบบที่จะสร้างรูปแบบชนิดใดบ้างทั้งความเข้มข้นของสารเคมีทั้งสองและความเร็วที่พวกมันกระจายการเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตามมันยากอย่างไม่น่าเชื่อที่จะแก้สมการที่ซับซ้อนเหล่านี้กับเครื่องคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมในเวลานั้น ทัวริงทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างลวดลายที่คล้ายกับผิวหนังของวัว

ด้วยคอมพิวเตอร์สมัยใหม่นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าสมการของทัวริงสามารถนำมาใช้เพื่อเลียนแบบลวดลายสองมิตินับไม่ถ้วนที่มองเห็นได้ทั่วโลกธรรมชาติจาก ลายนิ้วมือ และ เสื้อคลุมสัตว์ ไปยัง ภูมิทัศน์กึ่งแห้งแล้ง.

แสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาและการเคลื่อนไหวของสารเคมีนั้นจริง ๆ แล้วอยู่เบื้องหลังการสร้างรูปแบบของธรรมชาติได้ยากขึ้น ตัวอย่างเช่นเราไม่สามารถดูว่าจุดของเสือชีตาห์พัฒนาในมดลูกได้อย่างไร แม้แต่การสังเกตรูปแบบที่โดดเด่นของปลานางฟ้าที่กำลังเติบโต เปลี่ยนแปลงเมื่อพวกเขาพัฒนา จากขั้นตอนเด็กและผู้ใหญ่ไม่ได้แสดงให้เห็นว่าการเต้นของสารเคมียับยั้งสอง activator ที่ทำงาน

แม้ว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้ รูปแบบการทัวริง in รูขุมขน, ขนไก่และ ฟันปลาฉลาม ได้แสดงให้เห็นโดยตรงว่าเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสารกระตุ้นและสารยับยั้ง

แน่นอนว่าธรรมชาตินั้นไม่ง่ายอย่างที่สารเคมีสองชนิดที่มีปฏิกิริยาต่อกันอย่างโดดเดี่ยว นักวิทยาศาสตร์ได้ขยายทฤษฎีของทัวริงเพื่ออธิบายระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่น เตียงหอยแมลงภู่ซึ่งขยายออกไปหลายร้อยเมตรในรูปแบบทัวริงขนาดใหญ่และแสดงรูปแบบที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงในระดับที่เล็กกว่า ทฤษฎีเวอร์ชันสี่เคมีของรูปแบบยังถูกต้อง การก่อตัวของสันเขา ในปากของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

ที่น่าสนใจคือเรายังสามารถนำผลงานของทัวริงไปใช้กับรูปแบบที่ไม่ใช่ภาพได้ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น, การวิจัยของฉัน สำรวจวิธีที่เราใช้พวกมันเพื่อจำลองรูปแบบอาณาเขตของสัตว์ แทนที่จะอธิบายความเข้มข้นและปฏิกิริยาระหว่างสารเคมีเราใช้สมการที่คล้ายกันเพื่ออธิบายความน่าจะเป็นของที่ตั้งของบุคคลและปฏิสัมพันธ์ระหว่างแต่ละบุคคลและสภาพแวดล้อม

อย่างที่คุณสามารถจินตนาการได้ว่าสมการมักจะมีความซับซ้อนสูงเช่นกัน หลายปัจจัย มีอิทธิพลต่อการเคลื่อนไหวของสัตว์จาก เครื่องหมายกลิ่น และการปรากฏกายของสัตว์อื่น ๆ ไปยังที่ตั้งของเหยื่อและแม้แต่ความทรงจำ

แต่รูปแบบการเคลื่อนไหวทำนายโดยสมการที่เป็นแบบจำลองปัจจัยเหล่านี้เปรียบเทียบ ดีอย่างน่าประหลาดใจ เพื่อการเคลื่อนไหวที่แท้จริงของสัตว์ในพื้นที่ เช่นเดียวกับการมีเสน่ห์ในตัวเองการวิจัยเช่นนี้สามารถ ช่วยให้เราเข้าใจ การเปลี่ยนแปลงที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตมีผลกระทบต่อระบบนิเวศในวงกว้างอย่างไร - ซึ่งอาจมีความสำคัญอย่างมากเมื่อพิจารณาถึงภัยคุกคามจากสภาพภูมิอากาศที่สูญพันธุ์

วิธีการสร้างแบบจำลองรูปแบบอาณาเขตนี้สามารถขยายไปถึงประชากรมนุษย์ได้ ตัวอย่างเช่นงานวิจัยชิ้นเดียว แสดงให้เห็นว่า การเคลื่อนไหวของสมาชิกแก๊งลอสแองเจลิสสามารถทำนายได้อย่างแม่นยำโดยสมการที่จำลองตำแหน่งศูนย์กลางของแก๊งค์และแท็กกราฟฟิตีของแก๊งอื่น

บางทีแม้แต่ทัวริงก็ไม่อาจจินตนาการว่าความลับที่สวยงามของธรรมชาติมีอยู่กี่ฉบับ และไม่ใช่แค่ชีววิทยาเชิงคณิตศาสตร์ที่ทำให้เขามีส่วนในการกำหนด - เรามีอัจฉริยะที่จะขอบคุณ อื่น ๆ อีกมากมาย. ขอบคุณอลันสนทนา

เกี่ยวกับผู้เขียน

Natasha Ellison นักวิจัยปริญญาเอก มหาวิทยาลัยเชฟฟิลด์

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

ติดตาม InnerSelf บน

ไอคอน Facebookไอคอนทวิตเตอร์ไอคอน YouTubeไอคอน instagramไอคอน pintrestไอคอน RSS

 รับล่าสุดทางอีเมล

นิตยสารรายสัปดาห์ แรงบันดาลใจทุกวัน

วิดีโอล่าสุด

การย้ายถิ่นของภูมิอากาศครั้งใหญ่ได้เริ่มขึ้นแล้ว
การย้ายถิ่นของภูมิอากาศครั้งใหญ่ได้เริ่มขึ้นแล้ว
by super User
วิกฤตสภาพภูมิอากาศทำให้คนหลายพันคนทั่วโลกต้องหลบหนี เนื่องจากบ้านของพวกเขากลายเป็นที่อยู่อาศัยไม่ได้มากขึ้นเรื่อยๆ
ยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายบอกกับเราว่าทำไมเราต้องดูแลเกี่ยวกับอุณหภูมิ 2 ℃เปลี่ยน
ยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายบอกกับเราว่าทำไมเราต้องดูแลเกี่ยวกับอุณหภูมิ 2 ℃เปลี่ยน
by Alan N Williams และคณะ
รายงานล่าสุดจากคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (IPCC) ระบุว่าหากไม่มีการลดลงอย่างมาก ...
โลกอยู่อาศัยมานานหลายพันล้านปี - เราโชคดีแค่ไหน?
โลกอยู่อาศัยมานานหลายพันล้านปี - เราโชคดีแค่ไหน?
by โทบี้ ไทเรล
ใช้เวลาวิวัฒนาการ 3 หรือ 4 พันล้านปีในการผลิต Homo sapiens หากสภาพอากาศล้มเหลวอย่างสิ้นเชิงเพียงครั้งเดียวในครั้งนั้น ...
การทำแผนที่สภาพอากาศเมื่อ 12,000 ปีก่อนสามารถช่วยทำนายการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอนาคตได้อย่างไร
การทำแผนที่สภาพอากาศเมื่อ 12,000 ปีก่อนสามารถช่วยทำนายการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอนาคตได้อย่างไร
by ไบรซ์ เรีย Re
การสิ้นสุดของยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายเมื่อประมาณ 12,000 ปีที่แล้วมีลักษณะของระยะเย็นขั้นสุดท้ายที่เรียกว่า Younger Dryas ...
ทะเลแคสเปียนถูกกำหนดให้ลดลง 9 เมตรหรือมากกว่านั้นในศตวรรษนี้
ทะเลแคสเปียนถูกกำหนดให้ลดลง 9 เมตรหรือมากกว่านั้นในศตวรรษนี้
by Frank Wesselingh และ Matteo Lattuada
ลองนึกภาพคุณอยู่บนชายฝั่งมองออกไปในทะเล เบื้องหน้าคุณมีหาดทรายแห้งแล้ง 100 เมตรที่ดูเหมือน ...
ดาวศุกร์เคยเป็นเหมือนโลกมากขึ้นอีกครั้ง แต่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้ไม่สามารถอาศัยอยู่ได้
ดาวศุกร์เคยเป็นเหมือนโลกมากขึ้นอีกครั้ง แต่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้ไม่สามารถอาศัยอยู่ได้
by ริชาร์ด เอิร์นส์
เราสามารถเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจากดาวศุกร์ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ในเครือของเรา ปัจจุบันดาวศุกร์มีอุณหภูมิพื้นผิว…
ความไม่เชื่อเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศ XNUMX ประการ: หลักสูตรความผิดพลาดในข้อมูลที่ไม่ถูกต้องเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศ
ความไม่เชื่อเรื่องสภาพภูมิอากาศทั้ง XNUMX ประการ: หลักสูตรความผิดพลาดในข้อมูลที่ไม่ถูกต้องด้านสภาพภูมิอากาศ
by จอห์นคุก
วิดีโอนี้เป็นเนื้อหาเกี่ยวกับความผิดพลาดของสภาพภูมิอากาศโดยสรุปประเด็นสำคัญที่ใช้ในการตั้งข้อสงสัยในความเป็นจริง ...
อาร์กติกไม่ได้อบอุ่นขนาดนี้มา 3 ล้านปีแล้วและนั่นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่สำหรับโลกใบนี้
อาร์กติกไม่ได้อบอุ่นขนาดนี้มา 3 ล้านปีแล้วและนั่นหมายถึงการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่สำหรับโลกใบนี้
by Julie Brigham-Grette และ Steve Petsch
ทุกๆปีน้ำแข็งในทะเลปกคลุมในมหาสมุทรอาร์กติกจะหดตัวลงสู่จุดต่ำสุดในกลางเดือนกันยายน ปีนี้วัดได้แค่ 1.44 …

บทความล่าสุด

พลังงานสีเขียว2 3
โอกาสไฮโดรเจนสีเขียวสี่ประการสำหรับมิดเวสต์
by คริสเตียน เต้
เพื่อหลีกเลี่ยงวิกฤตสภาพภูมิอากาศ มิดเวสต์ก็เหมือนกับประเทศอื่นๆ ที่จะต้องกำจัดคาร์บอนออกจากเศรษฐกิจโดยสมบูรณ์โดย...
ug83qrfw
อุปสรรคสำคัญต่อการตอบสนองต่อความต้องการจำเป็นต้องยุติ
by จอห์น มัวร์ On Earth
หากหน่วยงานกำกับดูแลของรัฐบาลกลางทำในสิ่งที่ถูกต้อง ลูกค้าไฟฟ้าทั่วมิดเวสต์อาจสามารถสร้างรายได้ในขณะที่...
ต้นไม้ที่จะปลูกเพื่อสภาพอากาศ2
ปลูกต้นไม้เหล่านี้เพื่อปรับปรุงชีวิตในเมือง
by ไมค์ วิลเลียมส์-ไรซ์
การศึกษาใหม่ระบุต้นโอ๊กสดและต้นมะเดื่ออเมริกันในฐานะตัวแทนจาก 17 “ต้นไม้ใหญ่” ที่จะช่วยทำให้เมือง...
ท้องทะเลเหนือ
ทำไมเราต้องเข้าใจธรณีวิทยาใต้ท้องทะเลเพื่อควบคุมลม
by Natasha Barlow, รองศาสตราจารย์ด้านการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม Quaternary, University of Leeds
สำหรับประเทศใด ๆ ที่สามารถเข้าถึงทะเลเหนือที่ตื้นและลมแรงได้ง่าย ลมนอกชายฝั่งจะเป็นกุญแจสำคัญในการพบปะเครือข่ายอินเทอร์เน็ต
3 บทเรียนเรื่องไฟป่าสำหรับเมืองป่าในขณะที่ Dixie Fire ทำลายประวัติศาสตร์ Greenville, California
3 บทเรียนเรื่องไฟป่าสำหรับเมืองป่าในขณะที่ Dixie Fire ทำลายประวัติศาสตร์ Greenville, California
by Bart Johnson ศาสตราจารย์ด้านภูมิสถาปัตยกรรม มหาวิทยาลัยโอเรกอน
ไฟป่าที่ลุกไหม้ในป่าบนภูเขาที่ร้อนและแห้งแล้งได้พัดผ่านเมือง Gold Rush ของ Greenville รัฐแคลิฟอร์เนีย เมื่อวันที่ 4 สิงหาคม...
จีนสามารถบรรลุเป้าหมายด้านพลังงานและสภาพภูมิอากาศที่กำหนดพลังงานถ่านหิน
จีนสามารถบรรลุเป้าหมายด้านพลังงานและสภาพภูมิอากาศที่กำหนดพลังงานถ่านหิน
by อัลวิน ลิน
ในการประชุมสุดยอดผู้นำด้านสภาพภูมิอากาศในเดือนเมษายน สีจิ้นผิงให้คำมั่นว่าจีนจะ “ควบคุมพลังงานถ่านหินอย่างเข้มงวด…
น้ำสีฟ้าล้อมรอบด้วยหญ้าขาวที่ตายแล้ว
แผนที่ติดตาม 30 ปีของหิมะละลายสุดขั้วทั่วสหรัฐอเมริกา
by Mikayla Mace-แอริโซนา
แผนที่ใหม่ของเหตุการณ์หิมะละลายสุดขั้วในช่วง 30 ปีที่ผ่านมาชี้แจงกระบวนการที่ขับเคลื่อนการละลายอย่างรวดเร็ว
เครื่องบินทิ้งสารหน่วงไฟสีแดงลงบนไฟป่าในขณะที่นักดับเพลิงที่จอดอยู่ริมถนนมองขึ้นไปบนท้องฟ้าสีส้ม
แบบจำลองคาดการณ์ไฟป่าระเบิด 10 ปี แล้วค่อยๆ ลดลง
by ฮันนาห์ ฮิกกี้-ยู วอชิงตัน
การดูอนาคตของไฟป่าในระยะยาวคาดการณ์ว่าจะเกิดไฟป่าปะทุขึ้นในช่วงเริ่มต้นประมาณทศวรรษ ...

ทัศนคติใหม่ - ความเป็นไปได้ใหม่

InnerSelf.comClimateImpactNews.คอม | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.คอม | ตลาด InnerSelf
ลิขสิทธิ์© 1985 - 2021 InnerSelf สิ่งพิมพ์ สงวนลิขสิทธิ์.