211service.com
Algoritme afslører hemmeligheder ved bladform
Blade har udviklet sig over millioner af år for at optimere lysindsamling, transport af næringsstoffer til og fra plantekroppen og mekanisk stabilitet mod naturlige belastninger, siger David Young, fysiker ved Lawrence Livermore National Laboratories nær San Francisco.
Puslespillet er, hvordan blade vokser til så mange forskellige lignende former. Hvilken proces kan kontrollere denne vækst? Det er klart, at der er en genetisk komponent til bladvækst, men det kan ikke være hele historien, fordi blade på den samme plante nogle gange vokser i forskellige former, et fænomen kendt som heteroblast. Det skyldes, at miljøfaktorer som ernæring, sollys også påvirker vækst og form.
Forskellige teorier forsøger at forklare bladformen ved hjælp af ideer som fraktaler og Turing reaktion-diffusionsprocessen. Men ingen af dem giver en overbevisende forklaring på de mange forskellige bladformer, der forekommer i naturen.
I dag forsøger Young at ændre det ved at fremsætte en simpel model for bladvækst, der gengiver meget af det spektrum af bladformer, der optræder i naturen. Mit mål er ikke kun at forklare rækken af bladformer, der findes i de højere planter, men også de store variationer i form, der ses i blade på nært beslægtede planter, siger han.
I hans model er væksten af bladlapper styret af placeringen af bladårer. Bladet vokser så simpelthen i 2 dimensioner på en måde, der er styret af en simpel algoritme. Det er dette vækstmønster, der bestemmer bladets ultimative form. I Youngs model er den endelige bladform virkelig et tilfældigt biprodukt af denne vækstproces.
Det er en interessant og kraftfuld tilgang. Ved blot at variere en håndfuld parametre kan Young producere et overraskende rigt udvalg af former. For eksempel producerer hans model forskellige eg-, acer-, poppel- og pilelignende blade og mange flere.
Det producerer også en eller to former, der ikke findes i naturen, hvilket rejser spørgsmålet, hvorfor naturlig udvælgelse ser ud til at have undgået dem.
Måske vigtigst af alt er Youngs algoritme biologisk plausibel: det er ikke svært at se, hvordan genetiske og miljømæssige processer kan kombineres for at opføre sig på denne måde.
Hvad han har brug for nu, er nogen til at kortlægge algoritmens parametre til de virkelige genetiske/kemiske processer, der foregår i blade, mens de vokser. Det kan kræve noget, men det er på ingen måde hinsides plantebiologer. Nogle frivillige?
Ref: arxiv.org/abs/1004.4388 : Vækst-algoritmemodel af bladform