Doğaya girmek bir matematik sınıfından uzakta bir dünya gibi görünebilir. Ancak bizi çevreleyen güzellik düzendedir - ve dünyanın en iyi kod kırıcılarından biri kilidini açmanın anahtarıydı.
Alan Turing, enigma makineleri tarafından II. Dünya Savaşı sırasında yaratılan Alman mesajlarının şifresini çözme konusunda en iyi bilinen olabilir. Fakat etkili bilim adamı 1954'taki zamansız ölümünden önce doğa ile matematik arasındaki etkileşimi derinlemesine düşündüm. Aslında, onun en son yayınlanan makale türlerin populasyon değişikliklerinden kanserli tümörlerin büyümesine kadar onları tanımlayan denklemler bularak doğanın mekanizmalarının nasıl çalıştığını anlamaya odaklanan bir konu olan matematiksel biyolojinin kurucu teorilerinden biri haline geldi.
Özellikle büyüleyici Turing paternli bir mbu kirpi balığı. Dennis Jacobsen / Shutterstock
Turing, biyolojik olarak öngörülen şekilde hareket eden ve birbirleriyle reaksiyona giren iki biyolojik kimyasalın doğadaki şekilleri ve kalıpları açıklayabileceğini öne sürdü. Örneğin, çita paltosunun kimyasal “yangınlar” çıkaran kuru bir orman olduğunu hayal edin. Aynı zamanda, ikinci tipte bir yangınla mücadele kimyasalları tüylü manzarada kömürleşmiş yamalar veya lekeler bırakarak bu yangınları çevrelemeye ve tutmaya çalışır.
Önemli olarak, yangın söndürme inhibitör kimyasalının hızı, oluşturulacak desenler için nokta oluşturucu aktivatör kimyasalın hızından daha hızlı olmalıdır. Çok yavaş ve aktivatör kimyasalı hakim olacak ve aynı renge yol açacak.
Turing, iki kimyasalın konsantrasyonu ve dağılma hızı değiştikçe ne tür kalıpların üretileceğini modelleyen iki denklem buldu. Bununla birlikte, bu karmaşık denklemleri o zamanki ilkel hesaplama makineleriyle çözmek inanılmaz derecede zordu. Turing, özenli görevi bir kez üstlendi ve bir ineğin derisine benzeyen benekli bir desen üretti.
Modern bilgisayarların yardımıyla, bilim adamları, Turing'in denklemlerinin doğal dünyada görülen sayısız iki boyutlu modeli taklit etmek için kullanılabileceğini göstermiştir. parmak izi ve hayvan katları için yarı kurak manzaralar.
InnerSelf'ten En Son Haberleri Alın
Kimyasalların reaksiyonlarının ve hareketlerinin aslında doğanın düzenlerinin yaratılmasının gerisinde olduğunu göstermek zordu. Örneğin, çita lekelerinin rahimde nasıl geliştiğini izleyemiyoruz. Büyüyen melek balıklarının dikkat çekici desenlerini gözlemlemek bile geliştikçe değişim gençlik aşamasından yetişkinliğe kadar, iki aktivatör inhibitör kimyasalının dansının iş başında olduğunun kanıtı değildir.
Son zamanlarda, Turing kalıpları in saç kökleri, tavuk tüyleri, ve diş benzeri köpekbalığı “ölçekler” hepsinin doğrudan bir aktivatör ve bir inhibitör kimyasal madde arasındaki etkileşimle üretildiği gösterilmiştir.
Tabii ki, doğa, izolasyonla etkileşime giren iki kimyasal kadar nadiren basittir. Bilim adamları, şimdi Turing'in teorisini, örneğin midye yataklarıBüyük bir Turing düzeninde yüzlerce metre boyunca uzanan ve daha küçük bir ölçekte tamamen farklı bir desen türü gösteren. Teorinin dört kimyasal versiyonu aynı zamanda sırtların oluşumu Bir omurgalı ağzında.
İlginçtir ki, Turing'in çalışmasını görsel olmayan tüm biçimlere uygulayabiliriz. Örneğin, benim araştırma onları hayvanların bölge modellerini modellemek için nasıl kullandığımızı araştırıyor. Kimyasallar arasındaki konsantrasyon ve reaksiyonları tanımlamak yerine, bireylerin konumlarını ve her birey ile çevresi arasındaki etkileşimi açıklamak için benzer denklemleri kullandık.
Tahmin edebileceğiniz gibi, denklemler genellikle oldukça karmaşıktır. çoklu faktörler bir hayvanın hareketini etkileyen koku izleri ve diğer hayvanların avlanma yerlerine ve hatta hafızaya fiziksel olarak sahip olmaları.
Fakat bu faktörleri modelleyen denklemlerle öngörülen hareket kalıpları şaşırtıcı derecede iyi Bir bölgedeki hayvanların gerçek hareketine. Kendi içinde büyüleyici olmasının yanı sıra, böyle bir araştırma yapabilir anlamamıza yardım et Bir türün habitatındaki değişikliklerin daha geniş ekosistemleri nasıl etkilediği - yok olma ikliminin bozulması tehdidi göz önüne alındığında çok önemli olabilecek bu durum, yüz binlerce türe neden olabilir.
Bu bölge kalıplarını modelleme yöntemi insan nüfusuna bile genişletilebilir. Örneğin, tek bir araştırma parçası gösterdi Los Angeles çete üyelerinin hareketi, çetelerinin merkezi konumunu ve diğer çetelerin grafiti etiketlerini modelleyen denklemlerle doğru bir şekilde tahmin edilebilir.
Belki de Turing bile, seminal makalesinin ne kadar doğanın güzel sırrının açılacağını hayal bile edemezdi. Ve tanımlayıcı bir katkı yaptığı sadece matematiksel biyoloji değil. çok daha fazla. Sağol Alan.
Yazar Hakkında
Natasha Ellison, Doktora Araştırmacısı, University of Sheffield