Hur världens mest berömda Codebreaker låste hemligheterna för naturens skönhet

vetenskap Inget behov av att ringa brandkåren. rokopix / Shutterstock

Att komma ut i naturen kan verka som en värld bort från ett matteklassrum. Men skönheten som omger oss har ordning - och en av världens bästa codebreakers var nyckeln till att låsa upp den.

Alan Turing kan vara bäst känt för att dekryptera tyska meddelanden som skapats av deras gåvautomater under andra världskriget. Men inflytelserik vetenskapsman tänkte på samspelet mellan natur och matematik på ett djupt sätt före sin otillbörliga död i 1954. Faktum är hans senaste publicerade papperet blev en av de grundande teorierna för matematisk biologi, ett ämne som ägnas åt att förstå hur naturens mekanismer fungerar genom att hitta ekvationer som beskriver dem, från artens befolkning förändras till hur cancer tumörer växer.

vetenskap En mbu pufferfish bär ett särskilt fascinerande Turing mönster. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing föreslog att två biologiska kemikalier som rör sig och reagerar med varandra på ett matematiskt förutsägbart sätt skulle kunna förklara former och mönster över naturen. Tänk dig att en cheetahs kappa är en torr skog med kemiska "bränder" som bryts ut överallt. Samtidigt arbetar brandbekämpningskemikalier av en andra typ för att omge och innehålla dessa bränder och lämnar förkollade lappar - eller fläckar - i det furiga landskapet.

Det är viktigt att hastigheten hos brandbekämpningsmedelshämmaren är snabbare än den som skapar kemikalier för att skapa skapande ämnen. För långsam, och aktivatorkemikalien kommer att dominera, vilket leder till enhetlig färg.

Turing kom fram med två ekvationer som modellerar vilka slags mönster som skulle produceras som både koncentrationen av de två kemikalierna och den hastighet vid vilken de diffunderar förändringar. Det var dock oerhört svårt att lösa dessa komplexa ekvationer med de primitiva datorerna vid den tiden. Turing utförde den noggranna uppgiften en gång men producerade ett dappled mönster som liknade en kos hud.

Med hjälp av moderna datorer har forskare visat att Turings ekvationer kan användas för att efterlikna otaliga tvådimensionella mönster som ses över hela världen, från fingeravtryck och djurdrager till halvtörda landskap.

Visar att reaktioner och rörelser av kemikalier faktiskt ligger bakom skapandet av naturens mönster var svårare. Vi kan till exempel inte titta på hur cheetahs fläckar utvecklas i livmodern. Även observera den växande ängelfiskens anmärkningsvärda mönster förändras när de utvecklas från ungdomsstadiet till vuxen ålder ger inte bevis på att en dans av två aktivatorhämmande kemikalier är på jobbet.

Nyligen men Turing mönster in hårsäckar, kycklingfjädraroch tänderliknande haj "skalor" har alla direkt visat sig producera genom interaktionen mellan en aktivator och en inhibitor kemikalie.

Naturligtvis är naturen sällan så enkel som två kemikalier interagerar i isolering. Forskare har nu utökat Turings teori för att förklara mer komplexa system som musslor, som sträcker sig för hundratals meter i ett stort Turing-mönster, och visar en helt annan typ av mönster i mindre skala. En fyra-kemisk version av teorin modellerar också exakt den bildning av åsar i en ryggrads mun.

Intressant kan vi också tillämpa Turings arbete på en rad olika icke-visuella mönster. Till exempel, min forskning utforskar hur vi använder dem för att modellera djurs territoriummönster. I stället för att beskriva koncentrationen och reaktionerna mellan kemikalier har vi använt liknande ekvationer för att beskriva sannolikheten för lokalisering av individer och interaktionerna mellan varje individ och dess miljö.

Som man kan föreställa sig är ekvationerna ofta mycket komplexa, som flera faktorer påverka ett djurs rörelse, från doftmärken och fysisk närvaro av andra djur till platsen för byte och jämnt minne.

Men de rörelsemönster som förutspås av ekvationer som modellerar dessa faktorer jämför överraskande bra till den faktiska rörelsen av djur i ett område. Förutom att vara fascinerande i sig, kan forskning som denna hjälp oss att förstå hur förändringar i habitat hos en art påverkar bredare ekosystem - vilket kan vara mycket viktigt med tanke på hotet om utrotning av klimatförändringar utgör hundratusentals arter.

Denna metod för modellering av territoriemönster kan till och med utsträckas till mänskliga populationer. Till exempel en undersökning visade att rörelsen för Los Angeles-gängmedlemmar kan förutsägas exakt av ekvationer som modellerar deras gängs centrala läge och graffiti-taggarna för andra gäng.

Kanske inte ens Turing skulle ha föreställt sig hur många av naturens vackra hemligheter hans seminalpapper skulle låsa upp. Och det är inte bara matematisk biologi som han gjorde ett avgörande bidrag - vi har sitt geni att tacka för så mycket mer. Tack Alan.Avlyssningen

Om författaren

Natasha Ellison, doktorandforskare, University of Sheffield

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

följ InnerSelf på

Facebookikon ikon~~POS=HEADCOMPtwitter iconyoutube iconinstagram ikonpintrest ikonrss-ikonen

 Få det senaste via e-post

Veckotidningen Daglig Inspiration

SENASTE FILMER

Den stora klimatmigrationen har börjat
Den stora klimatmigrationen har börjat
by super~~POS=TRUNC
Klimatkrisen tvingar tusentals runt om i världen att fly eftersom deras hem blir alltmer obeboeliga.
Den senaste istiden berättar för varför vi måste bry oss om en 2 ℃ temperaturförändring
Den senaste istiden berättar för varför vi måste bry oss om en 2 ℃ temperaturförändring
by Alan N Williams, et al
I den senaste rapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) sägs att utan en väsentlig minskning ...
Jorden har varit beboelig i miljarder år - exakt hur lycklig vi fick?
Jorden har varit beboelig i miljarder år - exakt hur lycklig vi fick?
by Toby Tyrrell
Det tog evolution 3 eller 4 miljarder år att producera Homo sapiens. Om klimatet helt hade misslyckats bara en gång i det ...
Hur kartläggning av vädret för 12,000 XNUMX år sedan kan hjälpa till att förutsäga framtida klimatförändringar
Hur kartläggning av vädret för 12,000 XNUMX år sedan kan hjälpa till att förutsäga framtida klimatförändringar
by Brice Rea
Slutet av den sista istiden, för cirka 12,000 XNUMX år sedan, kännetecknades av en sista kall fas kallad Younger Dryas ...
Kaspiska havet kommer att falla med 9 meter eller mer under detta århundrade
Kaspiska havet kommer att falla med 9 meter eller mer under detta århundrade
by Frank Wesselingh och Matteo Lattuada
Tänk dig att du befinner dig vid kusten och tittar ut mot havet. Framför dig ligger 100 meter karg sand som ser ut som en ...
Venus var en gång mer jordlik, men klimatförändringen gjorde det obeboelig
Venus var en gång mer jordlik, men klimatförändringen gjorde det obeboelig
by Richard Ernst
Vi kan lära oss mycket om klimatförändringar från Venus, vår systerplanet. Venus har för närvarande en yttemperatur på ...
Fem klimattroar: En kraschkurs i felaktig klimatinformation
De fem klimattroerna: en kraschkurs i felaktig klimatinformation
by John Cook
Den här videon är en kraschkurs i klimatinformation som sammanfattar de viktigaste argumenten som används för att tvivla på verkligheten ...
Arktis har inte varit så varm på 3 miljoner år och det betyder stora förändringar för planeten
Arktis har inte varit så varm på 3 miljoner år och det betyder stora förändringar för planeten
by Julie Brigham-Grette och Steve Petsch
Varje år krymper havsisskyddet i Arktiska havet till en låg punkt i mitten av september. I år mäter den bara 1.44 ...

SENASTE ARTIKLAR

grön energi2 3
Fyra gröna vätgasmöjligheter för Mellanvästern
by Christian Tae
För att avvärja en klimatkris kommer Mellanvästern, liksom resten av landet, att behöva göra koldioxidutsläpp till sin ekonomi helt genom att...
ug83qrfw
Stora hinder för att kräva svar måste upphöra
by John Moore, On Earth
Om federala tillsynsmyndigheter gör det rätta, kan elkunder i Mellanvästern snart kunna tjäna pengar medan...
träd att plantera för klimat2
Plantera dessa träd för att förbättra stadslivet
by Mike Williams-Rice
En ny studie fastställer levande ekar och amerikanska plataner som mästare bland 17 "superträd" som kommer att hjälpa till att göra städer ...
norra havets botten
Varför vi måste förstå havsbottengeologin för att utnyttja vindarna
by Natasha Barlow, docent i kvartär miljöförändring, University of Leeds
För alla länder som är välsignade med enkel tillgång till det grunda och blåsiga Nordsjön kommer havsvind att vara nyckeln till att möta nätet...
3 skogsbrandlektioner för skogsstäder när Dixie Fire förstör historiska Greenville, Kalifornien
3 skogsbrandlektioner för skogsstäder när Dixie Fire förstör historiska Greenville, Kalifornien
by Bart Johnson, professor i landskapsarkitektur, University of Oregon
En löpeld som brinner i het, torr bergskog svepte genom Gold Rush -staden Greenville, Kalifornien, den 4 augusti, ...
Kina kan möta energi- och klimatmål som begränsar kolkraften
Kina kan möta energi- och klimatmål som begränsar kolkraften
by Alvin Lin
Vid Leader's Climate Summit i april lovade Xi Jinping att Kina kommer att "strikt kontrollera koleldad kraft ...
Blått vatten omgivet av dött vitt gräs
Kartan spårar 30 års extrem snösmältning i USA
by Mikayla Mace-Arizona
En ny karta över extrema snösmältningar under de senaste 30 åren förtydligar processerna som driver snabb smältning.
Ett plan tappar röd brandskyddsmedel till en skogsbrand när brandmän parkerade längs en väg ser upp mot den orange himlen
Modellen förutspår 10-åriga skogsbrand, sedan gradvis nedgång
by Hannah Hickey-U. Washington
En titt på den långsiktiga framtiden för skogsbränder förutsäger en första ungefär decennier lång utbrott av skogsbrandaktivitet, ...

 Få det senaste via e-post

Veckotidningen Daglig Inspiration

Nya Attityder - Nya Möjligheter

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Innerself Publikationer. All Rights Reserved.