211service.com
Algoritmen avslöjar lövformens hemligheter
Blad har utvecklats under miljontals år för att optimera ljusinsamling, transport av näringsämnen till och från växtkroppen och mekanisk stabilitet mot naturliga påfrestningar, säger David Young, fysiker vid Lawrence Livermore National Laboratories nära San Francisco.
Pusslet är hur löv växer till en så stor variation av liknande former. Vilken process kan kontrollera denna tillväxt? Det är uppenbart att det finns en genetisk komponent i bladtillväxt, men det kan inte vara hela historien eftersom löv på samma växt ibland växer till olika former, ett fenomen som kallas heteroblast. Det beror på att miljöfaktorer som näring, solljus också påverkar tillväxt och form.
Olika teorier försöker förklara bladformen med hjälp av idéer som fraktaler och Turing-reaktions-diffusionsprocessen. Men ingen ger en övertygande förklaring till mångfalden av bladformer som förekommer i naturen.
Idag försöker Young ändra på det genom att lägga fram en enkel modell av bladtillväxt som återger mycket av det spektrum av bladformer som förekommer i naturen. Mitt mål är att inte bara förklara utbudet av bladformer som finns i de högre växterna, utan också de stora variationerna i form som ses i blad på närbesläktade växter, säger han.
I hans modell styrs tillväxten av bladlober av bladvenernas position. Bladet växer sedan helt enkelt i 2 dimensioner på ett sätt som styrs av en enkel algoritm. Det är detta tillväxtmönster som bestämmer bladets slutliga form. I Youngs modell är den slutliga bladformen verkligen en oavsiktlig biprodukt av denna tillväxtprocess.
Det är ett intressant och kraftfullt tillvägagångssätt. Genom att bara variera en handfull parametrar kan Young producera en förvånansvärt rik variation av former. Till exempel producerar hans modell olika ek-, acer-, poppel- och pilliknande löv och många fler.
Den producerar också en eller två former som inte finns i naturen, vilket väcker frågan varför naturligt urval verkar ha undvikit dem.
Kanske viktigast av allt, Youngs algoritm är biologiskt rimlig: det är inte svårt att se hur genetiska och miljömässiga processer kan kombineras för att bete sig på detta sätt.
Vad han behöver nu är någon som kartlägger algoritmens parametrar på de verkliga genetiska/kemiska processerna som pågår i löv när de växer. Det kan kräva lite arbete, men det går inte längre än växtbiologer. Några frivilliga?
Ref: arxiv.org/abs/1004.4388 : Tillväxt-algoritmmodell av bladform