2b 1.3.5 linjära modeller
Ränder är vanliga i våra liv. Det är ett ganska grundläggande mönster, och lätt att ta för givet.
Som en tillämpad matematiker som studerar hur mönstren bildar sig i naturen, är jag dock wowed av de randiga mönstren som sebrafisken bär över sin kropp och fenor.
Ta en närmare titt på zebrafiskens svarta och guldband, och du kommer att se olika färgade pigmentceller, tiotusentals av dem. Jag tycker om att tänka på dessa celler som människor går runt i ett trångt rum: Precis som oss flyttar cellerna och interagerar med sina grannar. Ränder visas eftersom cellerna noggrant instruerar och signalerar varandra om hur man beter sig. De "skakar hand" i viss mening genom att nå mot avlägsna celler.
Ur ett matematiskt perspektiv faller sebrafiskremsor in i självorganisationsområdet, ett fenomen där individer interagerar för att producera ett mönster som är mycket större än någon individ utan yttre riktning. Fågelflockar och skolfisk är också exempel på självorganisation i naturen. Ingen är på en megafon som ringer ut riktningar så att fåglar eller pigmentceller producerar fiskremsor, men anmärkningsvärt organiserar de sig själva för att skapa mönster.
Se även: Forskare korsar en konkurrerande förklaring till varför zebror har randar
Fram till nyligen trodde forskargruppen att endast två typer av celler var involverade i zebrafiskremsor: svarta och guldband, så svarta och guldceller. Experiment visade emellertid att en tredje typ av pigmentcell - blå och silver iridoforer - är kritisk för mönsterdannande. Ta bort det från huden, och sebrafisk har fläckar!
Så hur fungerar tusentals olika färgade celler på en växande zebrafisk för att konsekvent bilda ränder? För att svara på denna fråga utvecklade jag en matematisk modell i samarbete med tillämpad matematikprofessor Bjorn Sandstede. I vår modell är pigmentceller färgade punkter som följer föreskrivna regler och ekvationer för hur de flyttar, interagerar och ändrar sin färg.Celler med olika färger beter sig på olika sätt. Det finns många frågor om zebrafisk, så vi bestämde oss för att fokusera på nykomlingarna på scenen: de peskyblåa och silvercellerna.
Matematik erbjuder ett annat perspektiv från typiska biologiska experiment på fisk. Biologer kan se hur cellerna beter sig, men det är knepigare att härleda signalerna bakom deras beteende. Med hjälp av matematiska modeller kan vi testa många olika möjliga cellinteraktioner och föreslå vilka som faktiskt kan förklara beteenden som biologerna observerar. Biologer kan sedan testa våra förutsägelser på riktig fisk.
Vår modell föreslår att det finns flera signaler på jobbet som instruerar silver och blå celler på fiskens hud. Alla dessa signaler är överflödiga. Några ledtrådar är all instruktion som en cell kan behöva i en perfekt värld, men världen är inte perfekt. Till exempel tror vi att närliggande svarta celler signalerar iridoforer för att ändra sin densitet och färg. Men om det inte finns några svarta celler runt för att överföra den signalen kan avlägsna guldceller fylla i och ge samma instruktioner.
Se också: Första någonsin Video av Deep Sea Anglerfish Sex gör Missionary Look Flashy
Du kan tänka på dessa överflödiga signaler som en massa olika väckarklockor. Om du har ett viktigt möte på morgonen kan du ställa in en väckarklocka, ange ett meddelande på din telefon och be om ett väckarklocka. All den redundansen innebär att du förmodligen kommer att få en massa signaler för att vakna. Men vid en chans att din telefon dör eller receptionen glömmer att ringa, betyder det också att du fortfarande kommer till ditt möte i tid. Redundansen säkerställer det önskade resultatet, även om en signal misslyckas.
Samma idé kan vara på jobbet i zebrafisk. Vår modell föreslår att olika färgade celler ständigt instruerar varandra. Detta säkerställer att blå och silver iridoforer pummeled med riktningar från alla håll om hur man beter sig. Eftersom det finns flera signaler stör inte tillfälliga fel störningar för mängder. Resultatet: tillförlitliga ränder.
Varför är detta viktigt? Zebrafiskgener överraskande liknar mänskliga gener. Genom att förstå hur pigmentceller interagerar i normal och muterad zebrafisk kan forskare börja koppla gener till deras funktion.
Berättelsen om hur zebrafiskmönstret bildar är ännu inte färdig. För nu, men nästa gång du ser en randig fisk, överväga att pausa ett ögonblick för att känna igen alla arbetspigmentceller som skapats för att skapa det här mönstret. De pålitliga ränderna är ganska darn fantastiska.
Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Alexandria Volkening. Läs den ursprungliga artikeln här.
Tesla Modell 3: Elon Musk förklarar varför $ 35.000 bil inte har utgivningsdatum
Den billigaste versionen av Tesla Model 3 är på väg, VD Elon Musk berömde tittarna under en intervju som sände söndag. Företaget lovade att introducera en $ 35.000-version av elbilen, men nästan 18 månader efter det att modell 3 började leveranser är den här prislappen fortfarande ingenstans att hitta.
'Rick and Morty' Season 4 Animation börjar, avslöjar ett fönstret Release Date
Det har skett en stor uppdatering av produktionen av "Rick and Morty" Säsong 4 i form av animering som officiellt startar. Men trots att showen har nått en avgörande milstolpe i den övergripande produktionsprocessen betyder det också att det fortfarande finns en anständig tid tills den nya säsongen släpps.
Tesla Modell 3: Elon Musk förklarar varför $ 35.000 bil kan ha ett långt vänta
Den $ 35.000 Tesla Model 3 är här, men med en viktig tillvägagångssätt. VD Elon Musk förklarade måndagen att företagets billigaste någonsin elektriska fordon, som lanserades förra veckan och lyckades med ett viktigt Tesla-löfte, kan ta ett tag att nå konsumenterna, eftersom produktionen gradvis ökar.