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
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари