От къде знае жълъдът, че трябва да падне, когато го правят и другите жълъди? Какво кара насекомите изведнъж да се събират на големи рояци? Защо овощните дървета имат в някои години високи добиви, а в други - не?
Въпросите какво предизвиква такива синхронни поведения, такива екологични "флаш мобове" на големи площи, отдавна объркват еколозите. Част от отговора е свързан с нещо, което на пръв поглед е несвързано - намагнитването, разказва сайтът phys.org.
Едно изследване на учени от Университета на Калифорния, Дейвис, е установило, че един и същ математически модел, който е бил използван, за да се проучи как работят магнитите, една концепция във физиката, наречена модел на Изинг може да се приложи за да се разбере каква е причината за събития в биологията, които настъпват по едно и също време на големи разстояния.
Модел на Изинг
Каква е същността на модела? Магнетизмът на различните тела е свързан с магнитните свойства на атомите, изграждащи съответното тяло, а те пък се обусловени от магнитните характеристики на електроните, влизащи в състава на атомите. Магнитни свойства на електрона се определят от собственият му магнитен момент (спин). За разлика от заряда, магнитният момент на електрона се характеризира не само с големина, но и с посока (той е вектор). Обикновено магнитните моменти на електроните са насочени в различни страни, така че тяхната векторна сума е практически равна на нула. Обаче в някои случаи магнитните моменти на значителна част от електроните са построени успоредно помежду си. Тогава и възниква силният магнетизъм или както обикновено го наричат – феромагнетизъм.
Решетка на модела на взаимодействие на магнитен спин с най-близкия съсед. Червеният бипол взаимодейства само с 4-те съседни жълти бипола.
Причината за такова построяване на магнитните моменти на електроните е тяхното взаимодействие помежду им. Такова взаимодействие може да бъде пряко и косвено, чрез „посредници”, каквито могат да бъдат други електрони – свободни или влизащи в състава на атома.
Моделът на Изинг е математически модел на статистическата физика, който описва на намагнитването на материалите.
Моделът на Изинг улавя основни аспекти на взаимодействието между ред и хаос в материята. Този модел се състои от набор от магнитни спинове, които могат да бъдат насочени "нагоре" или "надолу" и да си взаимодействат един с друг и с външното поле. При висока температура, спиновете са склонни да заемат произволни ориентации. При ниска температура, ниските енергийни нива благоприятстват съгласуваното подравняване и системата като цяло е принуден да избира между две противоположни, но равностойни ориентации. Преходът (критичната температура) между случаен и последователно подреждане е много остър.
Полевки и плодове
Изследването, публикувано онлайн на 8 април в списание Nature Communications, предлага нов начин за определяне на синхрона в областта на екологията, който има следствия и за неща като измирания и заболявания.
Излиза, че моделът на Изинг може да се приложи за такива явления като миграциите на полевките и зреенето на плодовете.
"Те [полевките] тръгват от гнездото си и има едно определено разстояние, което изминават", каза ко-водещият автор Алън Хейстингс (Alan Hastings), професор в катедрата по екология. "Но сгъстяването на популацията се покачва и пада на по-дълги разстояния. Влиянието на това поведение на полевките се проявява много по-далеч, отколкото индивидуалните пътешествия на отделните полевки през целия им живот."
"Всички плодните дървета имат добри реколти в една и съща година заради същия модел, защото имат нещо общо с малките магнити, подредени еднакво, за да се създаде един голям магнит", обясни Хейстингс. "По-доброто разбиране на модела, който описва как ще тръгнат нещата в синхрон на големи разстояния е много важно за разбирането на динамиката на популациите."
Научно сътрудничество
Работата е финансирана от програмата INSPIRE на Националната научна фондация (National Science Foundation), която подкрепя интердисциплинарни сътрудничества между научни области, които рядко работят заедно.
"Нашата публикация показа неочаквано силна връзка между физиката и биологията на популациите", каза ко-водещият автор Андрю Ноубъл (Andrew Noble). "Това откритието дава обща рамка за разбирането на несвързани на пръв поглед научни въпроси."
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари