26 октомври 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Открито е универсалното уравнение за формата на яйцето

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 30 август 2021 в 09:00 78720
Кредит: piqsels.com, Public Domain

Изследователи от Университета в Кент са открили универсалната математическа формула, която може да опише всяко птиче яйце, съществуващо в природата, нещо непостигнато досега.

Формата на яйце отдавна привлича вниманието на математици, инженери и биолози от аналитична гледна точка.

Формата е била високо ценена за еволюцията си, като достатъчно голяма, за да инкубира ембрион, достатъчно малка, за да излезе от тялото по най-ефективния начин, а не да се търкаля, след като е положена, достатъчно е структурно здрава, за да понесе тежестта и да даде началото на живота за 10 500 видове, оцелели след динозаврите. Яйцето е наречено „перфектната форма“.

Анализът на всички форми на яйца използва четири геометрични фигури: сфера, елипсоид, яйцевидна и крушовидна (конична) форма с математическа формула на крушовидната форма, която тепърва ще трябва да бъде изведена.

Основни очертания на формата на яйцето: ( A ) кръгла, ( B ) елипсовидна, ( C ) яйцевидна и ( D ) крушовидна. Кредит: Darren Griffin et al.

Изображенията на яйца от четирите основни форми от следните видове птици: ( А ) щраус, кръгла; ( B ) ему, елипсовидна; ( C ) пойни птрички, яйцевидна; ( D ) орел, яйцевидна; и ( Е ) кайри, крушовидна; с техните теоретични контури (в десните графики). Изображенията на яйцата са взети от Wikimedia Commons. Кредит: Darren Griffin et al.

Обичайното възприятие за „яйцевидна форма“ е овално, със заострен край и тъп край и най-широката точка, най-близка до тъпия край, донякъде като кокошото яйце. Обаче нещата могат да бъдат много по-прости (както в случая на сферичните яйца, наблюдавани при сови например) или много по-сложни (както в случая с крушовидните яйца например наблюдавани при кайрите, бекасовите и два от най-едрите вида пингвини). Данните сочат, че формата на яйцето се определя преди образуването на черупката и от подлежащите мембрани.

Защо в еволюционен план яйцето е с такава форма, е изненадващо недостатъчно проучено. Тоест, въпреки че има някои предишни изследвания в областта на развитието на формата на яйце, не знаем как точно е възникнал този процес. В този контекст най-голямо внимание в това изследване привличат крушовидните яйца (включени в това проучване, за да направят формулата универсална). При обикновените бекаси крушовидната форма е адаптивна черта, гарантираща, че (неизменно) четирите яйца „се вписват заедно“ в гнездото (със заострените краища навътре), за да се осигури максимална инкубационна повърхност под майката.

Изследователите въвеждат допълнителна функция в яйцевидната формула, като разработват математически модел, който да пасне на напълно нова геометрична форма, характеризираща се като последния етап от еволюцията на сферичния елипсоид, който е приложим за всяка геометрия на яйцето.

Тази нова универсална математическа формула за формата на яйцето се основава на четири параметъра: дължина на яйцето, максимална ширина, изместване на вертикалната ос и диаметър на една четвърт от дължината на яйцето.

Тази дълго търсена универсална формула е значителна стъпка в разбирането не само на самата форма на яйцето, но и как и защо се е развила, като по този начин прави възможно широко разпространени биологични и технологични приложения.

Математическите описания на всички основни форми на яйца вече са намерили приложение в изследванията на храните, машиностроенето, селското стопанство, биологията, архитектурата и аеронавтиката. Като пример тази формула може да се приложи за инженерно изграждане на тънкостенни съдове с форма на яйце, които трябва да са по-здрави от типичните сферични.

Тази нова формула е важен пробив с множество приложения, включително:

1. Компетентно научно описание на биологичен обект.

Сега, когато едно яйце може да бъде описано чрез математическа формула, работата в областта на биологичната систематика, оптимизирането на технологичните параметри, инкубацията на яйца и селекцията на домашни птици ще бъдат значително опростени.

2. Точно и просто определяне на физическите характеристики на биологичен обект.

Външните свойства на яйцето са жизненоважни за изследователите и инженерите, които разработват технологии за инкубиране, обработка, съхранение и сортиране на яйца. Има нужда от прост процес на идентификация, като се използва обемът на яйцето, площта, радиусът на кривината и други показатели за описване на контурите на яйцето, които предоставя тази формула.

3. Бъдещо инженерство, вдъхновено от биологията.

Яйцето е естествена биологична система, изследвана за проектиране на инженерни системи и най-съвременни технологии. Геометричната фигура с форма на яйце е възприета в архитектурата, като например покрива на кметството на Лондон и небостъргача Мери Екс, и строителството, тъй като може да издържи максимални натоварвания с минимален разход на материали, към които тази формула вече може лесно да се приложи.

Как изглежда формулата?

където D L /4 е диаметър на яйцето в точката на L /4 от заострения край (вж фигурата по-долу).

„Биологичните еволюционни процеси, като образуването на яйца, трябва да бъдат изследвани за математическо описание като основа за изследване в еволюционната биология, както е показано с тази формула. Тази универсална формула може да се приложи в основни дисциплини, особено в хранително-вкусовата промишленост, и ще послужи като тласък за по-нататъшни изследвания, вдъхновени от яйцето като обект на изследване“, заявява водещият автор на изследването Дарън Грифин (Darren Griffin), професор по генетика в Университета в Кент.

Справка: “Egg and math: introducing a universal formula for egg shape” by Valeriy G. Narushin, Michael N. Romanov and Darren K. Griffin, 23 August 2021, Annals of the New York Academy of Sciences.
DOI: 10.1111/nyas.14680

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.08.15.252148v1.full

Източник: The Perfect Shape? Research Finally Reveals Ancient Universal Equation for the Shape of an Egg
UNIVERSITY OF KENT


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Математика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.