Как самый известный в мире взломщик кодов раскрыл секреты красоты природы

наука Не нужно вызывать пожарную команду. rokopix / Shutterstock

Выход в природу может показаться миру далеко от математической классной комнаты. Но красота, которая нас окружает, имеет порядок - и ключ к ее открытию был одним из лучших в мире взломщиков кодов.

Алан Тьюринг, возможно, наиболее известен тем, что расшифровывает немецкие сообщения, созданные их загадочной машиной во время Второй мировой войны. Но влиятельный ученый Мысль о взаимодействии между природой и математикой была очень глубокой до его безвременной кончины в 1954. На самом деле, его последняя опубликованная статья стала одной из основополагающих теорий математической биологии, предметом, посвященным пониманию того, как работают природные механизмы, путем нахождения уравнений, которые их описывают, от изменений видовой популяции до способа роста раковых опухолей.

наука Рыба-марихуана, одетая в особый завораживающий узор Тьюринга. Деннис Якобсен / Shutterstock

Тьюринг предположил, что два биологических химических вещества, движущиеся и реагирующие друг с другом математически предсказуемым образом, могут объяснить формы и закономерности в природе. Например, представьте, что шерсть гепарда - это сухой лес, в котором вспыхивают химические «пожары». Одновременно с этим противопожарные химикаты второго типа работают, чтобы окружить и сдержать эти пожары, оставляя обугленные участки - или пятна - в пушистом ландшафте.

Важно отметить, что скорость химического вещества-ингибитора пожаротушения должна быть выше, чем у химического вещества-активатора, создающего пятна, для создания рисунков. Слишком медленно, и химический активатор будет доминировать, приводя к однородному цвету.

Тьюринг придумал два уравнения, которые моделируют, какие виды моделей будут создаваться как концентрация двух химических веществ и скорость, с которой они распространяют изменения. Тем не менее, было невероятно трудно решить эти сложные уравнения с примитивными вычислительными машинами в то время. Тьюринг однажды предпринял кропотливую задачу, создав пятнистый узор, напоминающий шкуру коровы.

С помощью современных компьютеров ученые показали, что уравнения Тьюринга могут использоваться для имитации бесчисленных двумерных структур, наблюдаемых в естественном мире, от отпечатки пальцев и шкуры животных в полузасушливые пейзажи.

Показывать, что реакции и движения химических веществ на самом деле стоят за созданием природных паттернов, было сложнее. Например, мы не можем наблюдать, как пятна матки развиваются в матке. Даже наблюдая замечательные узоры растущей рыбы-ангела изменить по мере их развития от ювенильной стадии до зрелости не является доказательством того, что танец двух химических веществ-ингибиторов активатора работает.

Хотя недавно, Паттерны Тьюринга in Волосяные луковицы, куриные перьяи зубастые акуловые «чешуя» все, как было непосредственно показано, было произведено взаимодействием между активатором и химическим ингибитором.

Конечно, природа редко бывает так проста, как два химических вещества, взаимодействующих в изоляции. Ученые теперь расширили теорию Тьюринга, чтобы объяснить более сложные системы, такие как кровати мидии, которые простираются на сотни метров в большом паттерне Тьюринга и отображают совсем другой тип паттерна в меньшем масштабе. Четыреххимическая версия теории также точно моделирует формирование хребтов во рту позвоночных.

Интересно, что мы также можем применить работу Тьюринга ко всему спектру невизуальных паттернов. Например, мое исследование исследует, как мы используем их для моделирования моделей территории животных. Вместо того, чтобы описывать концентрацию и реакции между химическими веществами, мы использовали аналогичные уравнения для описания вероятности местоположения людей и взаимодействия между каждым человеком и его окружающей средой.

Как вы можете себе представить, уравнения часто очень сложны, так как множественные факторы влиять на движение животного, от следы аромата и физическое присутствие других животных к месту добычи и даже памяти.

Но модели движения, предсказанные уравнениями, которые моделируют эти факторы, сравнивают на удивление хорошо к фактическому движению животных в области. Помимо того, что это само по себе увлекательно, такое исследование может помогите нам понять как изменения в среде обитания вида влияют на более широкие экосистемы - что может быть очень важно, учитывая угрозу исчезновения климата для сотен тысяч видов.

Этот метод моделирования моделей территории может быть даже распространен на человеческое население. Например, одно исследование показал что движение членов банды Лос-Анджелеса можно точно предсказать с помощью уравнений, которые моделируют центральное местоположение их банды и граффити-метки других банд.

Возможно, даже Тьюринг не мог вообразить, сколько прекрасных тайн природы откроет его оригинальная газета. И это не только математическая биология, в которую он внес определяющий вклад - мы должны поблагодарить его гения за гораздо больше, Спасибо Алан.Беседа

Об авторе

Наташа Эллисон, доктор философии, Университет Шеффилда

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

Следуйте за InnerSelf

значок facebookзначок Twitterзначок YouTubeзначок Instagramпиктограммазначок rss

 Получить последнее по электронной почте

Еженедельный Журнал Ежедневно Вдохновение

Последние видео

Великая миграция климата началась
Великая миграция климата началась
by Супер Пользователь
Климатический кризис вынуждает тысячи людей по всему миру бежать, поскольку их дома становятся все более непригодными для жилья.
Последний ледниковый период говорит нам, почему мы должны заботиться об изменении температуры на 2 ℃
Последний ледниковый период говорит нам, почему мы должны заботиться об изменении температуры на 2 ℃
by Алан Н. Уильямс и др.
В последнем докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) говорится, что без существенного снижения…
Земля оставалась пригодной для проживания миллиарды лет - насколько нам повезло?
Земля оставалась пригодной для проживания миллиарды лет - насколько нам повезло?
by Тоби Тиррелл
Эволюции потребовалось 3-4 миллиарда лет, чтобы произвести Homo sapiens. Если бы климат хоть раз в этом ...
Как картографирование погоды 12,000 лет назад может помочь предсказать будущее изменение климата
Как картографирование погоды 12,000 лет назад может помочь предсказать будущее изменение климата
by Брайс Ри
Конец последнего ледникового периода, около 12,000 лет назад, характеризовался заключительной холодной фазой, называемой младшим дриасом.
В этом столетии Каспийское море может упасть на 9 метров или более
В этом столетии Каспийское море может упасть на 9 метров или более
by Франк Весселинг и Маттео Латтуада
Представьте, что вы находитесь на берегу и смотрите на море. Перед вами 100 метров бесплодного песка, который выглядит как…
Венера когда-то была больше похожа на Землю, но изменение климата сделало ее непригодной для проживания
Венера когда-то была больше похожа на Землю, но изменение климата сделало ее непригодной для проживания
by Ричард Эрнст
Мы можем многое узнать об изменении климата с Венеры, нашей сестринской планеты. В настоящее время температура поверхности Венеры составляет…
Пять недоверие к климату: ускоренный курс дезинформации о климате
Пять недоверие к климату: ускоренный курс дезинформации о климате
by Джон Кук
Это видео представляет собой ускоренный курс дезинформации о климате, в котором резюмируются ключевые аргументы, используемые для того, чтобы поставить под сомнение реальность ...
Арктика не была такой теплой уже 3 миллиона лет, и это означает большие перемены для планеты
Арктика не была такой теплой уже 3 миллиона лет, и это означает большие перемены для планеты
by Джули Бригам-Гретт и Стив Петч
Ежегодно в середине сентября морской ледяной покров в Северном Ледовитом океане сжимается до минимума. В этом году он составляет всего 1.44…

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

зеленая энергия2 3
Четыре возможности использования зеленого водорода для Среднего Запада
by Кристиан Тэ
Чтобы предотвратить климатический кризис, Среднему Западу, как и остальной части страны, необходимо будет полностью обезуглерожить свою экономику путем…
ug83qrfw
Основное препятствие для реагирования на спрос должно быть устранено
by Джон Мур, На Земле
Если федеральные регулирующие органы поступят правильно, потребители электроэнергии на Среднем Западе вскоре смогут зарабатывать деньги, в то время как…
деревья для посадки для климата2
Посадите эти деревья, чтобы улучшить жизнь в городе
by Майк Уильямс-Райс
Новое исследование утверждает, что живые дубы и американские платаны чемпионы среди 17 «супер-деревьев», которые помогут сделать города…
дно северного моря
Почему мы должны понимать геологию морского дна, чтобы справляться с ветрами
by Наташа Барлоу, доцент кафедры четвертичных экологических изменений, Университет Лидса
Для любой страны, имеющей легкий доступ к мелководному и ветреному Северному морю, морской ветер будет ключом к встрече с сетью ...
3 урока лесных пожаров для лесных городов, когда Дикси Файер разрушает исторический Гринвилл, Калифорния
3 урока лесных пожаров для лесных городов, когда Дикси Файер разрушает исторический Гринвилл, Калифорния
by Барт Джонсон, профессор ландшафтной архитектуры, Орегонский университет
Пожар, пылающий в жарком, сухом горном лесу, прокатился по городу Золотой лихорадки в Гринвилле, штат Калифорния, 4 августа…
Китай может достичь целей в области энергетики и климата, ограничив угольную мощь
Китай может достичь целей в области энергетики и климата, ограничив угольную мощь
by Элвин Лин
На апрельском саммите лидера по климату Си Цзиньпин пообещал, что Китай будет «строго контролировать угольную энергетику ...
Голубая вода в окружении мертвой белой травы
Карта отслеживает 30 лет сильного таяния снегов в США
by Микайла Мейс-Аризона
Новая карта экстремальных снеготаяний за последние 30 лет проясняет процессы, которые вызывают быстрое таяние.
Самолет сбрасывает красный огнезащитный состав на лесной пожар, когда пожарные, припаркованные вдоль дороги, смотрят в оранжевое небо.
Модель предсказывает 10-летнюю вспышку лесных пожаров, а затем постепенное снижение
by Ханна Хики-Ю. Вашингтон
Взгляд на долгосрочное будущее лесных пожаров предсказывает начальную примерно десятилетнюю вспышку лесных пожаров,…

 Получить последнее по электронной почте

Еженедельный Журнал Ежедневно Вдохновение

Новое отношение - новые возможности

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholistPolitics.com | Рынок InnerSelf
Copyright © 1985 - 2021 Innerself Публикации. Все права защищены.