Hvilke matematik-færdigheder trænes i den danske folkeskole?
Stripes er almindelige i vores liv. Det er et ret grundlæggende mønster, og det er nemt at tage for givet.
Som en anvendt matematiker, der studerer, hvordan mønstre formes i naturen, er jeg dog wowed af de stribede mønstre, som zebrafisken bærer på tværs af sin krop og finner.
Se nærmere på zebrafisk sorte og guld striber, og du vil se forskellige farvede pigmentceller, titusinder af dem. Jeg kan godt lide at forestille disse celler som folk går rundt i et overfyldt rum: Ligesom os flytter cellerne og interagerer med deres naboer. Stripes vises, fordi cellerne meget omhyggeligt instruerer og signalerer hinanden om hvordan man opfører sig. De "skubber selv" i en vis forstand ved at nå frem til fjerne celler.
Fra et matematisk perspektiv falder zebrafisk striper ind i selvorganisationsområdet, et fænomen, hvor individer interagerer for at producere et mønster, der er meget større end nogen individ uden ekstern retning. Fuglflokke og skolefisk er også eksempler på selvorganisation i naturen. Ingen er på en megafon, der ringer ud retninger, så fugleflock eller pigmentceller producerer fiskestriber, men bemærkelsesværdigt organiserer de begge sig selv for at skabe mønstre.
Se også: Forskere går ud over en konkurrerende forklaring på hvorfor zebraer har striber
Indtil for nylig troede forskersamfundet, at kun to typer celler var involveret i zebrafisk striper: sorte og guldstriber, så sorte og guldceller. Eksperimenter viste imidlertid, at en tredje type pigmentcelle - blå og sølv iridoforer - er kritisk for mønsterdannelse. Fjern det fra huden, og zebrafish har pletter!
Så hvordan arbejder tusinder af forskellige farvede celler på en voksende zebrafisk sammen for konsekvent at danne striber? For at hjælpe med at svare på dette spørgsmål udviklede jeg en matematisk model i samarbejde med anvendt matematikprofessor Bjørn Sandstede. I vores model er pigmentceller farvede prikker efter foreskrevne regler og ligninger for, hvordan de bevæger sig rundt, interagerer og ændrer deres farve. Celler med forskellige farver opfører sig på forskellige måder. Der er mange spørgsmål om zebrafisk, så vi besluttede at fokusere på nybegyndere til scenen: de irriterende blå og sølvceller.
Math tilbyder et andet perspektiv fra typiske biologiske eksperimenter på fisk. Biologer kan se hvordan celler opfører sig, men det er vanskeligere at udlede signalerne bag deres adfærd. Ved hjælp af matematiske modeller kan vi teste mange forskellige mulige celleinteraktioner og foreslå, hvilke der faktisk er i stand til at forklare de adfærd, biologer observerer. Biologer kan så teste vores forudsigelser på ægte fisk.
Vores model tyder på, at der er flere signaler på arbejde, der instruerer sølv og blå celler på fiskens hud. Alle disse signaler er overflødige. Et par tegn er al den vejledning en celle kan have brug for i en perfekt verden, men verden er ikke perfekt. Vi mener for eksempel, at nærliggende sorte celler signalerer iridoforer for at ændre deres tæthed og farve. Men hvis der ikke er nogen sorte celler rundt for at overføre signalet, kan fjerne guldceller udfylde og give de samme instruktioner.
Se også: Første-Ever Video af Deep Sea Anglerfish Sex gør Missionary Look Flashy
Du kan tænke på disse overflødige signaler som en flok forskellige vækkeure. Hvis du har et vigtigt møde om morgenen, kan du indstille et vækkeur, sende en besked på din telefon og bede om et vågneopkald. Alt dette redundans betyder, at du sandsynligvis får en flok signaler til at vågne op. Men på den sjældne chance, at din telefon dør eller receptionen glemmer at ringe, betyder det også, at du stadig kommer til dit møde i tide. Redundansen sikrer det ønskede resultat, selvom et signal fejler.
Den samme idé kan være på arbejde i zebrafisk. Vores model tyder på, at forskellige farvede celler konstant instruerer hinanden. Dette sikrer, at blå og sølv iridophorer pummeles med retninger fra alle sider om hvordan man opfører sig. Fordi der er flere signaler, afbryder lejlighedsvis fejl ikke mønstre for meget. Resultatet: pålidelige striber.
Hvorfor er dette vigtigt? Zebrafish gener er overraskende ligner humane gener. Ved at forstå, hvordan pigmentceller interagerer i normal og muteret zebrafisk, kan forskere måske begynde at forbinde gener til deres funktion.
Historien om, hvordan zebrafish mønstre form er endnu ikke færdig. For nu, men se næste gang du ser en stribet fisk, overvej at pause et øjeblik for at genkende alle de arbejds pigmentceller, der er sat til at skabe dette mønster. De pålidelige striber er temmelig darn fantastiske.
Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Alexandria Volkening. Læs den oprindelige artikel her.
Tesla Model 3: Elon Musk forklarer hvorfor $ 35.000 bil ikke har udgivelsesdato
Den billigste version af Tesla Model 3 er på vej, og administrerende direktør Elon Musk beroligede seerne under et interview, der udsendte søndag. Virksomheden lovede at indføre en $ 35.000-version af elbilen, men næsten 18 måneder efter model 3, der først blev startet leverancer, er der endnu ingen pris at finde.
Hvorfor har zebraer striber? Forskere slår ud temperatur hypotesen
I en undersøgelse udgivet i juni udgaven af "Scientific Reports" forklarer et team af internationale forskere, at der er så mange som 18 teorier for mulige funktioner i zebra stripes. En teori er, at zebraer har stribet pels for at hjælpe dem med at blive kølige, men dette studie siger, at det er forkert.
Hvorfor har Nemo 3 hvide striber? Biologer vejer ind
Korallfisk er kendt for deres store mangfoldighed af farver og mønstre, og et af de mest kendte eksempler er klovnefisken, der spillede i Pixars 'Finding Nemo'. Klovnefisk er kendt for deres lyse oransje krop og brede hvide striber, men forskere forstår stadig ikke, hvordan deres mønstre er dannet - indtil nu.