Cum își obțin formele merele

Merele sunt printre cele mai vechi și mai recunoscute fructe din lume. Merele sunt relativ sferice, cu excepția adânciturii caracteristice din partea de sus unde crește tulpina.

În prezent, o echipă de matematicieni și fizicieni au folosit observații, experimente de laborator, teorii și calcule pentru a înțelege creșterea și forma unui măr. Lucrarea este publicată în Nature Physics.

„Formele biologice sunt adesea organizate de prezența unor structuri care servesc drept puncte focale„, a spus L. Mahadevan, profesorul de matematică aplicată la Lola England de Valpine, de biologie organismică și evolutivă și de fizică la Școala John A. Paulson de la Harvard, SUA; Inginerie și Științe Aplicate (SEAS) și autor principal al studiului.

„Aceste puncte focale pot lua uneori forma unor singularități în care sunt localizate deformările. Un exemplu omniprezent este văzut în cuspida unui măr, gropița interioară în care tulpina întâlnește fructul.”

Pentru a înțelege evoluția formei mărului și a cuspidului în special, cercetătorii au apelat la o teorie matematică de lungă durată cunoscută sub numele de teoria singularității.

Teoria singularității este utilizată pentru a descrie o serie de fenomene diferite, de la găuri negre, la exemple mai banale, cum ar fi modelele de lumină de la baza unei piscine, ruperea picăturilor și propagarea fisurilor.

Pornind de la acest cadru teoretic, cercetătorii au folosit simularea numerică pentru a înțelege modul în care creșterea diferențială între cortexul fructului și nucleul determină formarea cuspidului.

Apoi au coroborat simulările cu experimente care imitau creșterea merelor folosind gel care s-a umflat în timp.

Experimentele au arătat că diferite rate de creștere între cea mai mare parte a mărului și regiunea tulpinii au dus la cuspida asemănătoare adânciturii pe care o recunoaștem cu toții.

Echipa a descoperit că anatomia subiacentă a fructelor, împreună cu instabilitatea mecanică, pot juca roluri comune în apariția mai multor cuspizi în fructe.

„Morfogeneza, literalmente originea formei, este una dintre marile întrebări din biologie”, a spus Mahadevan.

„Forma mărului obișnuit ne-a permis să cercetăm unele aspecte fizice ale unei singularități biologice. Desigur, acum trebuie să înțelegem mecanismele moleculare și celulare din spatele formării cuspidului, pe măsură ce ne îndreptăm încet către o teorie mai largă a biologiei biologice.„

Această cercetare a fost coautoră de Sifan Yin, student în vizită de la Universitatea Tsinghua și Eric Sun, fost student la laborator.

Material furnizat de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,  original scris de Leah Burrows și distribuit de Science Daily.

Foto Avelino Calvar Martinez, free photo burst shopify

Cunoaşte Lumea --> Prima pagină