Пятница, 29.03.2024, 10:57 | Приветствую Вас Гость | Подписка на новости сайта
Меню сайта

Темы
Чупакабра [786]
Снежный человек [1068]
Морские чудовища [982]
Сухопутные твари [881]
Летающие монстры [244]
Подземные твари [60]
Динозавры,мегафауна [1458]
Теория [1196]
Акулы [262]
Бабочки [154]
Грибы [209]
Гусеницы [60]
Дельфины [170]
Ежи [35]
Жуки [114]
Зайцы [31]
Змеи [248]
Кальмары,осьминоги [186]
Киты [283]
Копытные [569]
Кораллы [150]
Кошачьи [788]
Крокодилы [112]
Крысы,мыши [349]
Летучие мыши [159]
Лягушки [193]
Медведи [343]
Медузы,моллюски [207]
Микроорганизмы [600]
Морские звезды [38]
Морские львы,тюлени [150]
Муравьи [241]
Мухи,комары [279]
Насекомые [378]
Обезьяны [625]
Пауки [312]
Пингвины [93]
Псовые [633]
Птицы [1104]
Пчелы [341]
Ракообразные [194]
Растения [596]
Рыбы [866]
Саранча,кузнечики [29]
Слоны [147]
Сурикаты,грызуны [292]
Тараканы [56]
Улитки [76]
Хамелеоны [17]
Черви [202]
Черепахи [130]
Ящерицы [186]

Календарь
«  Февраль 2022  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28

Архив новостей

Реклама

Логотип сайта

Форма входа

Главная » 2022 » Февраль » 15 » Модель Изинга описала узор на спине глазчатой ящерицы

11:17
Модель Изинга описала узор на спине глазчатой ящерицы

Ученые применили модель Изинга (которая определяет распределение вероятностей в системе спинов через энергию их взаимодействия друг с другом и со внешним полем) для описания узора на коже глазчатой ящерицы Timon lepidus.

Как сообщается в статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследователям удалось подобрать два свободных параметра этой модели так, чтобы результат ее предсказаний согласовывался с реально наблюдаемыми узорами и прогнозами прежней модели на основе клеточных автоматов (содержащей 14 свободных параметров). Считается, что в основе формирования узоров на коже животных на микроскопическом уровне лежат реакционно-диффузные процессы — такие, в которых химические вещества одновременно реагируют друг с другом и диффундируют в среде (тканях животного). Математические основы такого описания заложил Алан Тьюринг еще в 1952 году.

Тем не менее, когда речь идет о задаче описать свойства узора на коже только в макроскопическом масштабе, такой детальный подход может быть избыточен. Так, в 2017 году исследователи на примере ящерицы Timon lepidus показали, что его можно заменить упрощенными вычислениями на более крупном масштабе — в рамках эффективной модели клеточных автоматов.

Суть этого подхода в том, что каждая «клетка» — участок кожи, — имеет конечное число доступных состояний (в простейшем случае — всего два, как в игре «Жизнь») — цветов. В ходе пошаговой эволюции системы каждая «клетка» отслеживает состояние своих соседей и, в зависимости от этого, либо сохраняет состояние на следующем шаге, либо меняет его (наблюдения за взрослеющими особями ящериц показали, что подобное происходит и с окраской чешуек на их коже). В такой алгоритм достаточно заложить начальное распределение состояний и правила переходов в другие состояния — однако появляется свыше десятка свободных параметров, что мотивирует искать еще более простые подходы.

Исследователи из России и Швейцарии под руководством Мишеля Милинковича (Michel Milinkovitch) из Женевского Университета решили упростить описание узора на коже Timon lepidus, прибегнув к модели Изинга из статистической физики. Первоначально эта модель математически описывала намагничивание материалов, но позже нашла применение и за пределами физики: в химии, биологии, и даже социологии и экономике.

В контексте намагничивания модель Изинга описывает взаимодействие узлов кристаллической решетки материала, каждому из которых приписывается число (знак проекции спина на выделенную ось). При этом спиновые состояния взаимодействуют друг с другом (каждый узел — только с соседними) и со внешним полем: то есть в простейшем случае (когда решетка симметричная) в такой модели всего два внутренних параметра — энергия взаимодействия любых двух соседних узлов и энергия взаимодействия любого узла со внешним полем. Вероятности микросостояний в такой системе описываются распределением Гиббса: с увеличением суммарной энергии всей решетки вероятность соответствующей конфигурации экспоненциально уменьшается, причем тем более резко, чем выше температура.

Применяя модель Изинга к описанию узора на коже ящерицы, авторы воспользовались простой аналогией: узлы кристаллической решетки заменили на чешуйки в виде правильных шестиугольников (сохраняя таким образом симметрию системы — центры чешуек образовали правильную треугольную решетку), а две возможные проекции спина — на два цвета (зеленый и черный). При этом исследователи оставили неизменным характер эффективного «взаимодействия» между цветами (теперь уже чисто условного и не имеющего прямого отношения к магнетизму): чешуйки меняли цвета по тем же вероятностным законам, по которым меняют ориентацию спины в оригинальной модели Изинга.

Для простоты авторы моделировали сравнительно плоский участок кожи на спине ящерицы, и, пренебрегая краевыми эффектами (где происходит соприкосновения с головой и конечностями), установили в симуляции периодические граничные условия. Затем ученые проследили за эволюцией системы и подобрали параметры модели (эффективные константы взаимодействия чешуек друг с другом и «внешним полем») так, чтобы частота обнаружения данного количества соседей того же цвета в среднем по чешуйкам была максимально близка к той частоте, которую прогнозирует модель с клеточными автоматами (которая, в свою очередь, отвечает наблюдениям за реальными ящерицами).

Оказалось, что если чешуя ведет себя как антиферромагнитная решетка (то есть более вероятными являются состояния, в которых у соседних чешуек разные цвета) и «внешнее поле» отдает предпочтение черным чешуйкам (то есть их появление более вероятно, чем зеленых, при прочих равных условиях), то можно подобрать константы так, чтобы прогноз модели Изинга практически совпадал с результатами, которые выдает модель с клеточными автоматами — но число свободных параметров при этом в 7 раз меньше.

Таким образом, с точки зрения узора важным становятся не столько локальные перекрашивания чешуек, сколько глобальное качество всего рисунка в целом — которое исследователи количественно описали через эффективную энергию. Авторы отмечают, что такой результат хотя и позволяет описывать узоры на коже ящериц гораздо проще, с теоретической точки зрения скорее открывает новые проблемы. Не вполне ясно, как интерпретировать условную энергию взаимодействия, и как именно микроскопические процессы, которые контролируют окраску чешуи, конвертируются в поведение, описываемое моделью Изинга — эти вопросы предстоит решить в будущих исследованиях.

https://nplus1.ru/news/2022/02/14/lizard

Категория: Ящерицы | Просмотров: 544 | Добавил: Sergo | Рейтинг: 0.0/0


Последние новости

Открыли новый вид сусликов, уникальный для Западной Сибири (49)

Вывели корову, которая дает молоко с человеческим инсулином (27)

Самки птиц повели себя как «джентльмены» (29)

Паучиха и севший на нее паук вместе притворились цветком (43)

У собак обнаружили словарный запас (27)

Австралийские энтомологи описали очень пушистого жука-усача (27)

Выбросы CO2 могут повысить биоразнообразие (47)

Нашли новый вид акулы-призрака (30)

Термиты попали в спираль смерти внутри гриба (31)

Синицы вывели птенцов в одном дупле с 25 летучими мышами (33)

Частые встречи с людьми повысили бдительность городских мангустов (31)

Описали новый вид бронированного этозавра (33)

Описали крупнейшего речного дельфина в истории (37)

Энанциорнисовые птицы начали терять зубы уже в раннем мелу (31)

Итальянские протеи покинули пещеры ради охоты на червей (29)

Дятел вышвырнул скворца из дупла (33)

Самки шимпанзе играют со своими детенышами чаще в голодные времена (106)

В глубинах мирового океана обнаружено загадочное звездоподобное создание (56)

Самки китайских лягушек подмигнули понравившимся самцам (34)

Отпечатки лап бигфута найдены вдоль побережья Торки (80)

Вороны-свистуны не унаследовали интеллект матерей (41)

Менопаузу назвали возможной причиной долголетия самок китов (32)

Какое животное почти не изменилось со времен динозавров (41)

Нелетающую птицу назначили верховным хищником эоценовой Антарктиды (47)

Поставили под сомнение превосходство самцов млекопитающих в размерах (50)

Макаки сложили цифры в двух рукавах лабиринта и выбрали оптимальный маршрут (39)

В морской звезде обнаружили соединения против опухолей (47)

Названо животное, которое может исчезнуть в ближайшее время (50)

Приматологи описали жесты коат Жоффруа (49)

Обнаружен новый способ ориентирования у электрических рыб (43)

Бигфут бросил камень в голову сталкера (103)

Впервые описан случай кормления молоком среди амфибий (48)

Как птицы остаются умными, несмотря на маленький мозг (37)

Шимпанзе подсмотрели решение непонятной задачи у обученных сородичей (34)

Шмели решили головоломку благодаря социальному обучению (41)

Изогнутые зубы превратили рот древнего дельфина в клетку для ловли рыбы (63)

Опытные аисты предпочли прямые маршруты миграции (38)

В заповеднике Курильский обнаружили новые для фауны РФ виды бабочек (36)

Выявлена мутация, делающая четверть лабрадоров склонными к ожирению (32)

Слоны засыпали трупы своих детенышей землей (57)

Вырубки леса ухудшат состояние 84% популяций американских лесных ящериц (41)

Гены, запускающие процесс роста светящегося брюшка у светлячков (41)

Исчезновение неуловимого лиса Рэмбо (35)

Самую маленькую кувшинку в мире переоткрыли в Руанде (38)

Как пчелы понимают, где искать нектар (65)

Орнитолог-любитель из США первым в мире увидел 10000 видов птиц (39)

Горбатые киты впервые спарились на глазах у людей (47)

Способность птиц решать головоломки с едой связали с размером мозга и инновационным поведением (49)

Гибкость в выборе жертв подвела хищных рыб в адаптации к изменению климата (82)

Выявили мутацию, которая избавила от хвоста предков людей и приматов (52)

Поиск


Популярное

Дикие люди Китая (34249)

Чупакабра напала на жителя Одесской области (22487)

Растения, питающиеся животными, издавна вселяли в сердца людей страх (21861)

Русские монстры: от древности до наших дней (20742)

Поведение хищников опровергает правила естественного отбора (16278)

Атлантическая треска может исчезнуть из-за роста кислотности океана (15939)

Загадочный Каспий. Морские монстры, НЛО, русалки (15498)

Морского червя приняли за инопланетянина (14953)

Откуда вынырнули русалки? (14758)

На дне Марианской впадины обитают чудовища (14540)

Славянская мифология. Сказочные существа. Часть 3 (14285)

В произведениях Говарда Лавкрафта действуют чудовища, живущие под землей (14024)

Неведомое существо обитает в Приморье (13644)

В Марианской впадине нашли загадочных существ и инопланетных гостей (13494)

Логово снежного человека обнаружено в США (13354)

В Риме гигантские сомы-мутанты пожирают птиц и крыс (12829)

Ровенский селянин поймал двух упитанных «чупакабр» (11969)

Монстры океанов (11624)

10 неожиданно опасных пород собак (11582)

Чупакабра добралась до Воронежской области (11504)

Морской змей в Черном море (11329)

Кракен - чудовище из морской бездны (11078)

Похороны настоящей… русалки (11072)

Обнаружено самое уродливое существо на планете (10963)

Рыба-мутант: что можно найти в водах Севана (10728)

Сказки - старшилки про Бабу-Ягу, Кощея Бессмертного и Змея Горыныча (10666)

Страшное насекомое замечено в Индии (10639)

Крылья бабочки помогут создать антибликовое покрытие экранов (10531)

Распутывая ДНК бигфута (10519)

Крысы умнее, чем Google (10461)

Когда просыпаются русалки (10412)

Львы дружески трутся друг о друга (10386)

Экологи просят защитить карадагское чудовище (10276)

Мертвого загадочного зверя из США опознали (10114)

В китайской гробнице нашли вымершее существо (10105)

Грибы-монстры - пришельцы из космоса (9986)

Монстры уходят на глубину (9898)

Кого боятся белые акулы (9849)

Морские дьяволы (9772)

Хайгейтские вампиры (9683)

Проект "Криптозоология" © 2010-2024 При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна

Яндекс.Метрика