Share This
Связаться со мной
Крути в низ
Categories
//Учёные объяснили фрактальную структуру цветной капусты

Учёные объяснили фрактальную структуру цветной капусты

10.07.2021Category : My Habr

Международная группа исследователей изучила фрактальную структуру цветной капусты и выделила гены, лежащие в основе её образования. После учёные изменили гены модельного растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) в соответствии с выявленным фрактальным паттерном цветной капусты. В результате растение воспроизвело схожие фрактальные узоры, включая спиральные конические фракталы.

uchjonye objasnili fraktalnuju strukturu cvetnoj kapusty aff4b33 - Учёные объяснили фрактальную структуру цветной капусты

«Капуста Романеско» или «Римская капуста» относится к той же сортовой группе, что и цветная капуста. Но, в отличие от своей родственницы, каждый бутон «Романеско» состоит из ряда более мелких бутонов, образующих логарифмическую спираль и фрактальный узор. Количество спиралей в бутоне «Романеско» описывается числами Фибоначчи. Деление любого числа из этой последовательности на число, идущее перед ним, образует золотое сечение

Природа возникновения подобного естественного фрактала стала объектом пристального изучения у ботаников и математиков. Ещё в 1898 году немецкий учёный Вильгельм Хофмейстер обнаружил, что спираль Фибоначчи — самый эффективный способ упаковки листьев. По мере роста растения каждый последующий бутон или лист будет двигаться наружу радиально со скоростью, пропорциональной скорости роста стебля. Второй лист будет расти как можно дальше от первого, а третий будет расти на одинаковом расстоянии от первого и второго. Получившаяся при таком распределении решётчатая структура растения называется «филлотаксис». 

uchjonye objasnili fraktalnuju strukturu cvetnoj kapusty 5708274 - Учёные объяснили фрактальную структуру цветной капусты

Примеры филлотаксиса 

Международная группа учёных изучила генетическую структуру «Романеско» и установила механизм появления фракталов. 

Образующая растительная ткань растений (меристема) состоит из недифференцированных клеток, из которых развиваются части растения, расположенные по спирали. Оказалось, что в случае с «Романеско» меристема образует бутоны, которые должны распуститься в цветы, но вместо этого появляются стебли. Эти стебли растут без листьев. Вместо них они наращивают почки, из которых появляются новые стебли. В результате формируется узор из повторяющихся стеблей на стеблях. Коническую форму «Романеско» приобретает благодаря тому, что изначальные стебли растут быстрее, чем его почки и последующие стебли. Авторы исследования предположили, что этот механизм появился в результате одомашнивания сорта. 

Следующим шагом исследователей стал поиск генов, ответственных за эти процессы. В частности, учёные сосредоточились на изучении меристемы. Результаты исследований показали, что именно меристема ответственна за образование конических фракталов у «Романеско». Меристема в конечном счёте не образует цветы, но временно развивают ткани так, будто из них должны появиться бутоны. В определённый момент программа меняется, и из бутонов развиваются стебли. Мутация в четырёх генах (обозначенных инициалами S, A, L и T), присутствующая у «Романеско», в определённый момент стимулирует рост меристемы и центрального стебля соответственно, благодаря чему формируются конические структуры. 

Эта гипотеза нашла подтверждение во время испытаний на модельном растении резуховидке Таля. Исследователи изменили ключевые гены растения в соответствии с последовательностью, присутствующей в «Романеско». В результате резуховидка начала принимать конические формы, схожие с фракталами римской капусты. Авторы отметили что для этого не понадобилось существенно менять генетику растений. 

Исследователи предполагают, что могут существовать и другие мутации, ответственные за фрактальность цветущих растений. Они планируют выяснить это в будущих исследованиях. 

Материалы исследования опубликованы в статье «Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks» в журнале Science DOI: 10.1126/science.abg5999.

  • 2 views
  • 0 Comment

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Свежие комментарии

    Рубрики

    About Author 01.

    Roman Spiridonov
    Roman Spiridonov

    Привет ! Мне 38 лет, я работаю в области информационных технологий более 4 лет. Тут собрано самое интересное.

    Categories 05.

    © Speccy 2020 / All rights reserved

    Связаться со мной
    Close