Вторник, 24.05.2022, 16:43 | Приветствую Вас Гость | Подписка на новости сайта
Меню сайта

Темы
Чупакабра [779]
Снежный человек [938]
Морские чудовища [884]
Сухопутные твари [838]
Летающие монстры [238]
Подземные твари [55]
Динозавры,мегафауна [1229]
Теория [1087]
Акулы [235]
Бабочки [128]
Грибы [182]
Гусеницы [58]
Дельфины [156]
Ежи [31]
Жуки [103]
Зайцы [30]
Змеи [225]
Кальмары,осьминоги [164]
Киты [254]
Копытные [537]
Кораллы [132]
Кошачьи [750]
Крокодилы [106]
Крысы,мыши [316]
Летучие мыши [143]
Лягушки [169]
Медведи [329]
Медузы,моллюски [176]
Микроорганизмы [553]
Морские звезды [35]
Морские львы,тюлени [138]
Муравьи [217]
Мухи,комары [242]
Насекомые [328]
Обезьяны [552]
Пауки [275]
Пингвины [86]
Псовые [575]
Птицы [994]
Пчелы [292]
Ракообразные [181]
Растения [513]
Рыбы [792]
Саранча,кузнечики [28]
Слоны [132]
Сурикаты,грызуны [255]
Тараканы [50]
Улитки [71]
Хамелеоны [17]
Черви [177]
Черепахи [124]
Ящерицы [166]

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: 241 | Добавил: Sergo | Рейтинг: 0.0/0


Последние новости

Дельфины оказались способны к самолечению (66)

Гигантский птерозавр кетцалькоатль оказался плохим летуном (28)

Зафиксировали необъяснимое увеличение размеров байкальских омулей (21)

Архангельская область пополнилась новыми видами лишайниками (15)

Оценили рацион полярных косаток по образцам подкожного жира (22)

Дельфины узнали знакомых по вкусу мочи (15)

Мезозойские птицы лонгиптеригиды оказались любителями насекомых (20)

Двое мужчин запечатлели снежного человека (47)

Бигфута заметили на Google Maps (29)

Супруги сняли смотрящего на них бигфута (33)

Как слоны оплакивают умерших (23)

Отвращение к глюкозе заставило тараканих отвергнуть брачные подарки самцов (18)

Нашли генетически чистую популяцию китайских исполинских саламандр (19)

Метаболизм холестерина обрек самок осьминогов на саморазрушение (17)

В Парагвае открыли новый вид змей (27)

Маленькие устрицы плывут на щелканье клешней креветок (19)

Древнейшую песочную осу обнаружили в бразильских отложениях (18)

Бигфута сняли в Южной Дакоте (148)

Бигфута сняли в штате Нью-Йорк (82)

Личинки одиночных ос съели собственных братьев и сестер (27)

Шимпанзе в неволе страдают от ночной эрекции и занимаются мастурбацией (52)

Зубы мегалодону мог испортить укол древнего ската (51)

Брачная окраска хамелеонов стала ярче в отсутствие хищников (33)

Генетики обнаружили у диких бизонов гены домашних коров (35)

Палеонтологи не могут договориться об образе жизни спинозавров (50)

Паук провел под водой более получаса (33)

Ихтиозавр Фиона умерла во время беременности (41)

Ночницы пожужжали как пчелы и шершни и отпугнули сов (91)

Редчайший вид бабочек нашли в заповеднике под Хабаровском (29)

Как спаривались трилобиты (31)

Вымирание динозавров позволило растениям выращивать огромные плоды (36)

На распространение растительноядных динозавров на Аляске осадки повлияли сильнее температуры (45)

В мире осталось всего около десяти калифорнийских морских свиней (34)

Уникальный обитатель водных глубин (32)

Орнитологи сообщили о глобальном сокращении птичьих популяций (35)

Загадочную обезьяну с Борнео назвали гибридом носача и тонкотела (41)

Живших 99 миллионов лет назад жуков-капюшонников заподозрили в любви к лесным пожарам (27)

Живые организмы научились трансформировать структуру воды в высокопроводящее состояние (34)

Легендарное Лох-Несское чудовище вновь показалось (102)

Ловушка на снежного человека 48 лет ждет своего посетителя (51)

Генная терапия помогла крысам отказаться от алкоголя (35)

Манакины-самцы ради брачных танцев в воздухе стали легче самок (31)

Гигантского кальмара выбросило на берег Южной Африки (45)

Нашли вещества, по которым комары распознают человеческий запах (38)

Амазонские дельфины поиграли с анакондой и убили ее (43)

Примитивный птерозавр оказался двумя видами птерозавроморфов (31)

Лягушки получили змеиную ДНК благодаря паразитам (36)

Японский динозавр помог разобраться в функциях когтей теризинозавров (32)

Вымершую тасманийскую улитку переоткрыли спустя 120 лет (30)

Геном комаров полностью расшифровали (23)

Поиск


Популярное

Скальные обезьяны Вьетнама (467)

55-футовый древний кит был одним из крупнейших хищников (324)

Крошечный новый вид стегозавра обнаружен в Китае (324)

Горные козлы спускаются по отвесной скале (323)

Мужчина уверяет, что сфотографировал тролля (315)

Тайна Громовой птицы описанной в легендах коренных американцев (305)

Что говорит наука о возможности существования драконов (296)

В Австралии запечатлели давно вымершее животное (293)

Акулы атакуют. В мире участились случаи нападений (289)

Реальные встречи людей с гигантским Полозом (279)

Нашли способ спасти северных белых носорогов от вымирания (277)

Нашли новые факторы триасового вымирания (273)

Описали новый вид спинозавра с крокодилоподобным черепом (260)

Две трети обитателей океана еще неизвестны (258)

Последнее наблюдение снежного человека меняет все (252)

Капитан морского судна видел как огромный морской змей утащил кашалота (250)

Американские исследователи раскрыли тайны о снежном человеке (245)

Модель Изинга описала узор на спине глазчатой ящерицы (240)

Странное создание с гор Сьерра-Невада (240)

В горном ауле поймали загадочное существо (237)

Человеческие челюсти произошли от жабр рыб (237)

Крупное черное существо с горящими глазами преследовало лодку рыбака (236)

Легенда о дьяволе из Джерси (230)

Генетическая линия индийских волков отделилась около 110 тысяч лет назад (230)

Насекомые, которые могут разрушить скалы (228)

Почему киты не тонут, когда заглатывают криль (228)

Неубранные собачьи фекалии угрожают биоразнообразию на планете (227)

Странный тюлень с длинный руками из японской реки Эдо (226)

Как вороны перехитрили ученых и помогли товарищам (225)

Как выглядит детеныш акулы-призрака (225)

Собаки способны узнать хозяина именно по голосу (224)

Бигфута сняли во Флориде (223)

Мумифицированную русалку проанализируют японские ученые (222)

Обнаружили новый вид черепах на одном из Галапагосских островов (221)

Геном вымершей птицы додо удалось секвенировать (220)

Обнаружен предок гаттерии возрастом 190 миллионов лет (220)

Описали самую крупную бактерию. Она может достигать двух сантиметров в длину (220)

У животных нашли унаследованную от бактерий ДНК (219)

В Бразилии нашли уникальное растение (218)

Рептилия с острова Скай оказалась крупнейшим юрским птерозавром (217)

Проект "Криптозоология" © 2010-2022 При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна