Cvetača in kaos, fraktali v vsakem cvetku

Menihi so nekoč upali, da bodo svinec s pomočjo alkimije pretvorili v zlato. Toda razmislite o cvetači. Za preoblikovanje preprostih stebel, pecljev in cvetov plevelne, brez okusa vrste Brassica oleracea v čudovit videz te fraktalne, oblaku podobne zelenjave sta potrebna le dva gena.

To je prava alkimija, pravi Christophe Godin, višji raziskovalec na Nacionalnem inštitutu za raziskave digitalne znanosti in tehnologije v Lyonu v Franciji.

Dr. Godin preučuje rastlinsko arhitekturo tako, da virtualno modelira razvoj različnih vrst vrst v treh dimenzijah. Spraševal se je, kakšna genska sprememba se skriva za ugnezdenimi spiralami cvetače in Romanescovimi logaritmičnimi fraktali chartreuse, sorto cvetače, ki bi jo skoraj lahko zamenjali za kristale.

“Kako je lahko narava ustvarila tako nepričakovane predmete?” Je vprašal. “Kakšna bi lahko bila pravila za tem?”

Pred petnajstimi leti je dr. Godin spoznal Françoisa Parsija, rastlinskega biologa iz Nacionalnega centra za znanstvene raziskave v Grenoblu v Franciji. V dr. Parsi dr. Godin identificira spremljevalnega paischa do fraktalnih cvetov.

V zvezi z Romanesco je dr. Parsi dejal: “Nikakor ne vidite, da je tako lepa zelenjava.”

Godin in dr. Parsi, ki sta jih spodbujala strast do Brassice, sta raziskovala genetsko skrivnost fraktalne geometrije v Romanescu in standardni cvetači, rastline povezovala v matematične modele in jih razvijala tudi v resničnem življenju. Njihovi rezultati, ki kažejo, da se fraktali oblikujejo kot odziv na spremembe v mreži genov, ki nadzorujejo cvetni razvoj, so objavljeni v četrtek. Znanost.

“Gre za tako fino integracijo genetike na eni strani in strogega modeliranja na drugi strani,” je povedal Michael Puruganan, biolog z univerze v New Yorku, ki ni sodeloval v raziskavi. “Poskušajo pokazati, da lahko s spremembo pravil medsebojnega delovanja genov pride do dramatične spremembe rastlin.”

READ  Študija ugotavlja, da je 250 milijonov let staro bitje s sloni podobnimi kljovami, želvinim kljunom v zimskem spanju.

V zgodnjih 2000-ih je dr. Parsi verjel, da razume cvetačo. Poučeval je tudi o razvoju njegovih cvetov. “Kaj je cvetača? Kako lahko raste? Zakaj je videti tako?” rekel je.

Cvetača, na primer brstični ohrovt, je izhajala stoletja selektivna vzreja vrste Brassica oleracea. Ljudje smo gojili brstični ohrovt za stranske popke in cvetačo za cvetne grozde. Cvetača pa ne daje cvetnih brstov; Njihova socvetja ali cvetoči poganjki nikoli ne dozorijo, da bi obrodili cvetove. Namesto tega socvetja cvetače v spirali ustvarijo svoje replike in tvorijo grozde rastlinske siri podobne skute.

Ko se raziskovalca pogovarjata o cvetači, je dr. Godin je predlagal, da če dr. Če zoroastrijanci resnično razumejo rastlino, mora biti enostavno oblikovati morfološki razvoj zelenjave. Kot se je izkazalo, temu ni bilo tako.

Prvič sta na tabli naletela na zmrznjeno močvirje in skicirala različne diagrame genskih mrež, ki bi lahko pojasnili, kako se je zelenjava spremenila v svojo trenutno obliko. Njegova zbirka je bila Arabidopsis thaliana, dobro preučen plevel v isti družini kot cvetača in mnogi njeni bratranci.

Če ima cvetača na dnu rastline cvetačo, ima Arabidopsis vzdolž dolgega stebla veliko podobnih cvetači struktur. Kateri geni pa lahko te drobne cvetače izboljšajo v čudovito, kompaktno cvetačo? In če identificirajo te gene, lahko te cvetače zvijejo v vrhove kot romanske?

Da bi odgovorili na ta vprašanja, bodo raziskovalci preoblikovali gensko mrežo in jo prenesli skozi matematični model, ustvarili v 3-D in jo pretvorili v resnično življenje. “Nekaj ​​si predstavljate, a dokler tega ne programirate, ne veste, kako bo videti,” je dr. Je dejal Parsi.

(Med raziskavo je dr. Parsi zbral, sekvenciral in seciral več primerkov Romanesca s svojega lokalnega kmetijskega trga. S sodelavci je pretresel ostanke, surove z različnimi kosi, skupaj s kozarcem piva. Večeril.)

READ  NASA preloži drugi test SLS Green run

Številni zgodnji modeli so flokali, malo podobni cvetači. Sprva so raziskovalci verjeli, da je ključ do cvetače v dolžini stebla. Toda ko so programirali Arabidopsis s kratkim steblom in brez njega, so ugotovili, da jim ni treba zmanjšati velikosti stebla cvetače bodisi v 3-D modelu bodisi v resničnem življenju.

In cvetača, ki so jo posnemali in gojili, ni bila dovolj fraktalna. Vzorci so bili vidni le na dveh fraktalnih lestvicah, saj je ena spirala ugnezdela v drugo. Nasprotno pa navadna cvetača pogosto kaže samopodobo v vsaj sedmih fraktalnih lestvicah, kar pomeni spirala, ugnezdena v spiralo, ki je ugnezdena v spiralo, ugnezdeno v spiralo, in nazadnje še ena spiralo.

Namesto da bi se osredotočili na steblo, so se osredotočili na meristem, območje rastlinskega tkiva na konici vsakega stebla, kjer celice, ki se aktivno delijo, ustvarjajo novo rast. Ocenil je, da bi s povečanjem meristema povečali število proizvedenih poganjkov.

Edina težava je bila v tem, da raziskovalci niso vedeli, kateri gen bi lahko nadzoroval hitrost nastajanja poganjkov meristema.

Nekega dne se je Eugenio Aegaptia, podoktorski sodelavec v laboratoriju dr. Godina, spomnil na gen, za katerega je znano, da spreminja obliko osrednje regije meristema. Trije raziskovalci so uživali kratek trenutek navdušenja, nato pa so mesece potrpežljivo čakali, da bo njihov novo spremenjeni Arabidopsis zrasel. Ko so poganjki vzklili, so imeli cvetačo z izrazito stožčastimi konicami.

“Zelo spominja na dogajanje v Romanescu,” je ponosno dejal dr. Godin.

Običajno, ko rastlina cveti, konec rastline zavira večjo rast kot steblo. Cvetačna skuta je brst, ki je bil zasnovan tako, da postane cvet, vendar se nikoli ne oblikuje v celoti in namesto tega daje poganjke. Toda poskusi raziskovalcev v meristemu so pokazali, da je bila sadika, ko je prešla v prehodno fazo cvetenja, izpostavljena genu, ki sproži njeno rast. “Ker ste roža, lahko prosto rastete in lahko naredite poganjk,” je dejal dr. Je rekel Parsi.

READ  Zakaj so kakaduji, ki napadajo smeti v Sydneyju, pametnejši od "bin piščancev"

Ta postopek ustvari verižno reakcijo, kjer meristem tvori več poganjkov, ki nato ustvarijo veliko več poganjkov, kar uveljavi fraktalno geometrijo cvetače.

“To ni normalno steblo,” je dejal dr. Godin. “To je steblo brez lista. Steblo brez kakršnih koli ovir.”

“Samo tako lahko naredimo cvetačo,” je dejal dr. Parsi.

Raziskovalci pravijo, da so verjetno druge mutacije, ki so odgovorne za spektakularno obliko Romanesca. Ning Guo, raziskovalec v Pekinškem raziskovalnem centru za zelenjavo, ki preučuje tudi možen genetski mehanizem, ki stoji za arhitekturo cvetače, je dejal, da je časopis ponujal “veliko navdiha”.

“Zgodba še ni končana,” je dejal dr. Godin in dodal, da bosta z dr. Parsi še naprej izboljševala svoj model cvetače. “Vemo pa, da smo na pravi poti.”

Pravijo pa, da lahko preučijo vse, kar cveti.

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x