Karnabahar ve Kaos, Her Çiçekte Fraktallar
(mtag101701) (mtag101702) (mtag101703) (mtag101703) (mtag101702)Keşişler bir zamanlar kurşunu simya yoluyla altına dönüştürmeyi umuyordu …
(mtag101701)
(mtag101702)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101702)Keşişler bir zamanlar kurşunu simya yoluyla altına dönüştürmeyi umuyordu. Ama bunun yerine karnabaharı düşünün. Otsu, tatsız Brassica oleracea türünün sıradan saplarını, saplarını ve çiçeklerini, bu fraktal, bulutsu sebze kadar harika bir oluşuma dönüştürmek için sadece iki gen yeterlidir.
(mtag101704)
(mtag101702)
Fransa, Lyon’daki Ulusal Dijital Bilim ve Teknoloji Araştırma Enstitüsü’nde kıdemli araştırmacı olan Christophe Godin, gerçek simyanın bu olduğunu söylüyor.
(mtag101704)
(mtag101702)
Dr. Godin, farklı türlerin formlarının gelişimini üç boyutlu sanal olarak modelleyerek bitki mimarisini inceliyor. Karnabaharın iç içe sarmallarının ve neredeyse bir kristalle karıştırılabilecek bir karnabahar çeşidi olan Romanesco’nun logaritmik şematik fraktallarının arkasında hangi genetik modifikasyonun gizlendiğini merak etti.
(mtag101704)
(mtag101702)
“Doğa nasıl böyle beklenmedik nesneler inşa edebiliyor?” O sordu. “Bunun arkasındaki kurallar ne olabilir?”
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
On beş yıl önce, Dr. Godin, Fransa, Grenoble’daki Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nde bitki biyoloğu olan François Parcy ile tanıştı. Dr. Parcy’de, Dr. Godin, fraktal çiçekler için bir arkadaşını tanıdı.
(mtag101704)
(mtag101702)
Dr. Parcy, Romanesco’ya atıfta bulunarak, “Böyle muhteşem bir sebze olduğunu fark etmemeniz mümkün değil” dedi.
(mtag101704)
(mtag101702)
Brassica tutkusuyla hareket eden Dr. Godin ve Dr. Parcy, hem Romanesco hem de standart karnabaharda fraktal geometrinin genetik gizemini araştırdı, bitkileri matematiksel modellerde canlandırdı ve aynı zamanda onları gerçek hayatta büyüttü. Fraktalların çiçek gelişimini yöneten gen ağlarındaki değişimlere tepki olarak oluştuğunu öne süren sonuçları Perşembe günü Science dergisinde yayınlandı.
(mtag101704)
(mtag101702)
New York Üniversitesi’nde araştırmaya dahil olmayan bir biyolog olan Michael Purugganan, “Bir yandan genetiğin çok güzel bir entegrasyonu ve diğer yandan titiz modelleme” dedi. “Genlerin nasıl etkileşime girdiğinin kurallarını değiştirerek bir bitkide dramatik değişiklikler elde edebileceğinizi göstermeye çalışıyorlar. ”
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101703) Arabidopsis thaliana, karnabahara benzeyen, üzerinde çok çalışılmış bir bitki.
(mtag101706)
(mtag101706)Kredi. . .
(mtag101706)Nigel Cattlin/Bilim Kaynağı
(mtag101708)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101706) Olgun bir karnabahar pıhtısı — Brassica oleracea, versiyon botrytis.
(mtag101706)
(mtag101706)Kredi. . .
(mtag101706)Nigel Cattlin/Bilim Kaynağı
(mtag101708)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101702) 2000’lerin başında, Dr. Parcy karnabaharı anladığına inanıyordu. Hatta çiçek gelişimi üzerine dersler verdi. “Karnabahar nedir? Nasıl büyüyebilir? Neden böyle görünüyor?” dedi.
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101702)Karnabaharlar, brüksel lahanası gibi, Brassica oleracea’nın yüzyıllarca seçici üremesinden kaynaklanır. İnsanlar yan tomurcuklar için brüksel lahanası ve çiçek salkımları için karnabahar yetiştirdi. Ancak karnabahar çiçek tomurcuğu üretmez; çiçek salkımları veya çiçekli sürgünler asla çiçek üretecek kadar olgunlaşmazlar. Bunun yerine, karnabahar salkımları, bitki bazlı süzme peynir gibi pıhtı kümeleri oluşturarak bir spiral içinde kendi kopyalarını oluşturur.
(mtag101704)
(mtag101702)
İki araştırmacı karnabaharı tartışırken, Dr. Godin, eğer Dr. Parcy bitkiyi gerçekten anladıysa, sebzenin morfolojik gelişimini modellemenin kolay olacağını öne sürdü. Anlaşıldığı gibi, değildi.
(mtag101704)
(mtag101702)
İkili önce karatahtadaki kıvrılmış bataklıkla karşı karşıya kaldılar ve sebzenin şimdiki şekline nasıl dönüştüğünü açıklayabilecek çeşitli genetik ağ şemaları çizdiler. Onların ilham perisi, karnabahar ve onun birçok kuzeni ile aynı ailede iyi çalışılmış bir ot olan Arabidopsis thaliana idi.
(mtag101704)
(mtag101702)
Bir karnabahar bitkinin tabanında tek bir karnabahar varsa, Arabidopsis’in uzun sapı boyunca birçok karnabahar benzeri yapılar vardır. Ama hangi genler, bu küçük karnabaharları tek bir büyük, kompakt karnabahara dönüştürebilir? Ve eğer bu genleri tanımlasalar, bu karnabaharları Romanescos’un oluşturduğu tepelere doğru bükebilirler mi?
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101709)
(mtag101705) Lahana, karnabahar, brüksel lahanası ve brokoli, aynı bitkinin Brassica oleracea’nın tüm versiyonlarıdır.
(mtag101706)
(mtag101706)Kredi. . .
(mtag101706) The New York Times için Evan Sung
(mtag101708)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101702) Bu soruları yanıtlamak için, araştırmacılar gen ağını ince ayarlayıp matematiksel modeller aracılığıyla çalıştıracak, 3 boyutlu olarak üretecek ve gerçek hayatta mutasyona uğratacaktı. Dr. Parcy, “Bir şey hayal ediyorsunuz ama onu programlayana kadar nasıl görüneceğini bilemezsiniz,” dedi.
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(Araştırma boyunca, Dr. Parcy yerel çiftçi pazarından birkaç Romanesco örneği topladı, bunları sıraladı ve parçalara ayırdı. Daha sonra O ve meslektaşları, çoğu kez çiğ olarak farklı daldırmalarla birlikte, yemek artıklarını yediler. bardak bira.)
(mtag101704)
(mtag101702)
Birçok ilk model, karnabaharlara çok az benzerlik göstererek başarısız oldu. İlk başta, araştırmacılar karnabaharın anahtarının gövdenin uzunluğunda olduğuna inanıyorlardı. Ancak Arabidopsis’i kısa saplı ve sapsız olarak programladıklarında, ne 3 boyutlu modellerde ne de gerçek hayatta karnabaharların sap boyutunu küçültmelerine gerek olmadığını fark ettiler.
(mtag101704)
(mtag101702)
Ve simüle ettikleri ve büyüttükleri karnabaharlar yeterince fraktal değildi. Desenler yalnızca iki fraktal ölçekte görülebiliyordu, örneğin bir sarmal başka bir sarmalın içine yerleştirilmiş gibi. Buna karşılık, normal bir karnabahar genellikle en az yedi fraktal ölçekte kendi kendine benzerlik gösterir; bu, bir sarmal içinde yuvalanmış bir sarmal, bir sarmalın içinde yuvalanmış bir sarmal içinde yuvalanmış bir sarmal içinde yuvalanmış bir sarmal içinde yuvalanmış bir sarmal, nihayetinde başka bir sarmalın içinde yuvalanmış bir sarmal anlamına gelir.
(mtag101704)
(mtag101702)
Böylece, gövdeye odaklanmak yerine, aktif olarak bölünen hücrelerin yeni büyüme ürettiği her gövdenin ucundaki bitki dokusu bölgesi olan meristem üzerinde yoğunlaştılar. Meristemi büyütmenin üretilen sürgün sayısını artıracağını varsaydılar.
(mtag101704)
(mtag101702)
Tek sorun, araştırmacıların meristemin sürgün üretim hızını hangi genin kontrol edebileceğini bilmemeleriydi.
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101706) Bir karnabahar başının (Brassica oleracea botrytis) çiçeklerinin renkli taramalı elektron mikrografı.
(mtag101706)
(mtag101706)Kredi. . .
(mtag101706)Dennis Kunkel Mikroskopi/Bilim Kaynağı
(mtag101708)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101706) Bir brokoli çiçek tomurcuğunun (Brassica oleracea italica) farklılaşan meristem bölgesini gösteren renkli bir taramalı elektron mikrografı.
(mtag101706)
(mtag101706)Kredi. . .
(mtag101706)Dennis Kunkel Mikroskopi/Bilim Kaynağı
(mtag101708)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101702) Bir gün, o zamanlar Dr. Godin’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Eugenio Azpeitia, meristem merkezi bölgesinin boyutunu değiştirdiği bilinen bir geni hatırladı. Üç araştırmacı kısa bir coşku anının tadını çıkardı ve ardından yeni değiştirilmiş Arabidopsis’lerinin büyümesini aylarca sabırla bekledi. Sürgünler filizlendiğinde, belirgin konik uçlu karnabaharları vardı.
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101703)
(mtag101703)
(mtag101702) “Romanesco’da olanları çok andırıyor,” dedi Dr. Godin gururla.
(mtag101704)
(mtag101702)
Normalde, bir bitki bir çiçek açtığında, bitkinin çiçekli ucu gövdeden daha fazla büyümeyi engeller. Karnabahar pıhtısı, çiçek olmak üzere tasarlanmış, ancak hiçbir zaman oraya kadar gidemeyen ve bunun yerine sürgün yapan bir tomurcuktur. Ancak araştırmacıların meristem üzerindeki deneyleri, bu sürgünün geçici bir çiçek aşamasından geçtiği için büyümesini tetikleyen bir gene maruz kaldığını buldu. Dr. Parcy, “Çiçek olduğunuz için büyümekte özgürsünüz ve çekim yapabilirsiniz” dedi.
(mtag101704)
(mtag101702)
Bu süreç, meristemin birçok sürgün oluşturduğu bir zincirleme reaksiyon yaratır, bu da daha fazla sürgün oluşturur ve bir karnabaharın fraktal geometrisini harekete geçirir.
(mtag101704)
(mtag101702)
Godin, “Bu normal bir gövde değil,” dedi. “Yapraksız bir sap. İnhibisyonu olmayan bir kök. ”
(mtag101704)
(mtag101702)
Dr. Parcy, “Karnabahar yapmanın tek yolu bu,” dedi.
(mtag101704)
(mtag101702)
Araştırmacılar, Romanesco’nun muhteşem şeklinden muhtemelen başka mutasyonların sorumlu olduğunu söylüyorlar. Pekin Sebze Araştırma Merkezi’nde araştırmacı olan ve aynı zamanda karnabahar pıhtının mimarisinin arkasındaki potansiyel genetik mekanizmayı da inceleyen Ning Guo, makalenin “çok fazla ilham verdiğini” söylüyor. ”
(mtag101704)
(mtag101702)
Godin, “Hikaye henüz bitmedi” diyerek kendisinin ve Dr. Parcy’nin karnabahar modellerini geliştirmeye devam edeceklerini sözlerine ekledi. “Ama doğru yolda olduğumuzu biliyoruz. ”
(mtag101704)
(mtag101702)
Ama çiçek açan her şeyi incelemeye açık olduklarını söylüyorlar.
(mtag101704)
(mtag101705)
(mtag101705)
(mtag101704)
(mtag101702)
Bir The New York Times haberinden çevrildi ve haberleştirildi.
(mtag101704)
