Hvordan verdens mest berømte codebreaker låste op hemmelighederne i naturens skønhed

videnskab Ingen grund til at ringe til brandvæsenet. rokopix / Shutterstock

At komme ud i naturen kan virke som en verden væk fra et matematiklokale. Men skønheden, der omgiver os, har orden - og en af ​​verdens bedste codebreakers var nøglen til at låse den op.

Alan Turing er måske bedst kendt for at dekryptere tyske meddelelser oprettet af deres enigmaskine i 2. verdenskrig. Men indflydelsesrig videnskabsmand tænkte på samspillet mellem natur og matematik i dybden inden hans utidige død i 1954. Faktisk hans sidst offentliggjorte papir blev en af ​​grundlæggende teorier om matematisk biologi, et emne, der var afsat til at forstå, hvordan naturens mekanismer fungerer ved at finde ligninger, der beskriver dem, fra artsbestandændringer til måden af ​​kræftsvulster vokser.

videnskab En mbu-pufferfisk iført et særligt betagende Turing-mønster. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing foreslog, at to biologiske kemikalier, der bevæger sig og reagerer med hinanden på en matematisk forudsigelig måde, kunne forklare former og mønstre på tværs af naturen. Forestil dig for eksempel, at en gepard frakke er en tør skov med kemiske "ild", der bryder ud overalt. Samtidig arbejder brandbekæmpelse kemikalier af en anden type til at omringe og indeholde disse brande og efterlade forkullede plaster - eller pletter - i det lodne landskab.

Det er vigtigt, at hastigheden af ​​kemikalien til brandbekæmpelsesinhibitor er hurtigere end den spotskabende aktivatorkemikalie for at oprette mønstre. For langsomt, og aktivatorkemikaliet vil dominere, hvilket fører til ensartet farve.

Turing kom med to ligninger, der modellerer, hvilke slags mønstre der ville blive produceret som både koncentrationen af ​​de to kemikalier og den hastighed, hvormed de diffunderer ændringer. Det var imidlertid utroligt vanskeligt at løse disse komplekse ligninger med de primitive computermaskiner på det tidspunkt. Turing påtager sig dog en gang den omhyggelige opgave og producerede et afsmittet mønster, der lignede en kohud.

Hjælpet af moderne computere har forskere vist, at Turing's ligninger kan bruges til at efterligne utallige to-dimensionelle mønstre set over den naturlige verden, fra fingeraftryk og lag med dyr til halvtørre landskaber.

At vise, at reaktioner og bevægelser af kemikalier faktisk ligger bag oprettelsen af ​​naturens mønstre, var vanskeligere. For eksempel kan vi ikke se, hvordan pletene fra geparder udvikler sig i livmoderen. Selv observere den voksende englefisk bemærkelsesværdige mønstre ændre sig, når de udvikler sig fra ungdomsstadiet til voksenlivet giver ikke bevis for, at en dans med to aktivatorinhibitorkemikalier er på arbejde.

For nylig, Turing mønstre in hårsækkene, kyllingefjerog tænder-lignende haj "skalaer" har alle direkte vist sig at være produceret ved vekselvirkningen mellem en aktivator og et hæmmer kemikalie.

Naturligvis er naturen sjældent så enkel som to kemikalier, der interagerer isoleret. Forskere har nu udvidet Turing's teori til at forklare mere komplekse systemer som f.eks musling senge, der strækker sig i hundreder af meter i et stort Turing-mønster og viser en helt anden type mønster i mindre skala. En fire-kemisk version af teorien modellerer også nøjagtigt dannelse af kamme i en hvirveldyrs mund.

Interessant kan vi også anvende Turing's arbejde på en lang række ikke-visuelle mønstre. For eksempel, min forskning udforsker, hvordan vi bruger dem til at modellere dyrenes territoriemønstre. I stedet for at beskrive koncentrationen og reaktionerne mellem kemikalier, har vi brugt lignende ligninger til at beskrive sandsynligheden for individernes placering og interaktionerne mellem hvert individ og dets miljø.

Som du kan forestille dig, er ligningerne ofte meget komplekse, som flere faktorer påvirke et dyrs bevægelse fra duftmærker og fysiske tilstedeværelse af andre dyr til byttes placering og endda hukommelse.

Men bevægelsesmønstrene forudsagt af ligninger, der modellerer disse faktorer, sammenligner overraskende godt til den faktiske bevægelse af dyr i et område. Ud over at være fascinerende i sig selv kan forskning som denne hjælpe os med at forstå hvordan ændringer i en arts habitat påvirker bredere økosystemer - hvilket kan være meget vigtigt i betragtning af truslen om udryddelse af klimaforstyrrelse udgør hundreder af tusinder af arter.

Denne metode til modellering af territoriemønstre kan endda udvides til at omfatte menneskelige populationer. For eksempel et stykke forskning viste at bevægelsen af ​​Los Angeles-bandsmedlemmer kan forudsiges nøjagtigt af ligninger, der modellerer deres bands centrale placering og graffitimærker fra andre bander.

Måske ikke engang Turing ville have forestillet sig, hvor mange af naturens smukke hemmeligheder hans sædepapir ville låse op. Og det er ikke kun matematisk biologi, som han gav et afgørende bidrag til - vi har hans geni at takke for så meget mere. Tak Alan.The Conversation

Om forfatteren

Natasha Ellison, ph.d.-forsker, University of Sheffield

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

følg InnerSelf på

facebook ikontwitter-ikonyoutube-ikoninstagram ikonpintrest ikonrss ikon

 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

SENESTE VIDEOER

Den store klimamigration er begyndt
Den store klimamigration er begyndt
by Super Bruger
Klimakrisen tvinger tusinder over hele verden til at flygte, da deres hjem bliver stadig mere ubeboelige.
Den sidste istid fortæller os, hvorfor vi er nødt til at pleje en 2 ℃ temperaturændring
Den sidste istid fortæller os, hvorfor vi er nødt til at pleje en 2 ℃ temperaturændring
by Alan N Williams et al
Den seneste rapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer (IPCC) siger, at uden et væsentligt fald ...
Jorden har været beboelig i milliarder af år - Præcis hvor heldig fik vi?
Jorden har været beboelig i milliarder af år - Præcis hvor heldig fik vi?
by Toby Tyrrell
Det tog udvikling 3 eller 4 milliarder år at producere Homo sapiens. Hvis klimaet havde svigtet helt en gang i det ...
Hvordan kortlægning af vejret for 12,000 år siden kan hjælpe med at forudsige fremtidige klimaændringer
Hvordan kortlægning af vejret for 12,000 år siden kan hjælpe med at forudsige fremtidige klimaændringer
by Brice Rea
Slutningen af ​​den sidste istid, omkring 12,000 år siden, var præget af en sidste kold fase kaldet de Yngre Dryas ...
Det Kaspiske Hav forventes at falde med 9 meter eller mere i dette århundrede
Det Kaspiske Hav forventes at falde med 9 meter eller mere i dette århundrede
by Frank Wesselingh og Matteo Lattuada
Forestil dig, at du er ved kysten og ser ud til havet. Foran dig ligger 100 meter golde sand, der ligner en…
Venus var endnu en gang jordlignende, men klimaændringer gjorde det ubeboelig
Venus var endnu en gang jordlignende, men klimaændringer gjorde det ubeboelig
by Richard Ernst
Vi kan lære meget om klimaforandringer fra Venus, vores søsterplanet. Venus har i øjeblikket en overfladetemperatur på ...
Fem klimatroer: Et nedbrudskurs i forkert information om klimaet
De fem klimatro: Et nedbrudskurs i forkert information om klimaet
by John Cook
Denne video er et nedbrudskurs i misinformation om klimaet, der opsummerer de vigtigste argumenter, der bruges til at rejse tvivl om virkeligheden ...
Arktis har ikke været så varm i 3 millioner år, og det betyder store ændringer for planeten
Arktis har ikke været så varm i 3 millioner år, og det betyder store ændringer for planeten
by Julie Brigham-Grette og Steve Petsch
Hvert år krymper havisen i det arktiske hav til et lavt punkt i midten af ​​september. I år måler den kun 1.44 ...

SENESTE ARTIKLER

grøn energi2 3
Fire grønne brintmuligheder for Midtvesten
by Christian Tae
For at afværge en klimakrise bliver Midtvesten ligesom resten af ​​landet nødt til at dekarbonisere sin økonomi fuldt ud ved at...
ug83qrfw
Større barriere for efterspørgselsrespons skal ophøre
by John Moore, On Earth
Hvis føderale tilsynsmyndigheder gør det rigtige, kan elkunder i hele Midtvesten snart være i stand til at tjene penge, mens...
træer at plante til klima2
Plant disse træer for at forbedre bylivet
by Mike Williams-Rice
En ny undersøgelse fastslår levende egetræer og amerikanske plataner som mestre blandt 17 "supertræer", der vil hjælpe med at gøre byer...
nordhavets havbund
Hvorfor vi skal forstå havbundens geologi for at udnytte vindene
by Natasha Barlow, lektor i kvartær miljøændring, University of Leeds
For ethvert land, der er velsignet med nem adgang til det lavvandede og blæsende Nordsø, vil havvind være nøglen til at møde net...
3 lektioner i skovbrande for skovbyer, da Dixie Fire ødelægger historiske Greenville, Californien
3 lektioner i skovbrande for skovbyer, da Dixie Fire ødelægger historiske Greenville, Californien
by Bart Johnson, professor i landskabsarkitektur, University of Oregon
En løbeild, der brænder i varme, tørre bjergskove, fejede gennem Gold Rush -byen Greenville, Californien, den 4. august…
Kina kan opfylde energi- og klimamål, der begrænser kulkraften
Kina kan opfylde energi- og klimamål, der begrænser kulkraften
by Alvin Lin
På Leader's Climate Summit i april lovede Xi Jinping, at Kina "strengt vil kontrollere kulkraft ...
Blåt vand omgivet af dødt hvidt græs
Kort sporer 30 års ekstrem snesmeltning i hele USA
by Mikayla Mace-Arizona
Et nyt kort over ekstreme snesmeltingshændelser i løbet af de sidste 30 år tydeliggør de processer, der driver hurtig smeltning.
Et fly taber rød brandhæmmende til en skovbrand, da brandmænd parkeret langs en vej ser op i den orange himmel
Modellen forudsiger 10-års udbrud af brande, derefter gradvis tilbagegang
by Hannah Hickey-U. Washington
Et kig på den langsigtede fremtid for naturbrande forudsiger en indledende cirka ti år lang eksplosion af naturbrandaktiviteter, ...

 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

Nye holdninger - nye muligheder

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Marked
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf-publikationer. Alle rettigheder forbeholdes.