Вторник, 01.07.2025, 09:18 | Приветствую Вас Гость | Подписка на новости сайта
Меню сайта

Темы
Чупакабра [788]
Снежный человек [1122]
Морские чудовища [1052]
Сухопутные твари [920]
Летающие монстры [250]
Подземные твари [61]
Динозавры,мегафауна [1577]
Теория [1245]
Акулы [268]
Бабочки [161]
Грибы [221]
Гусеницы [63]
Дельфины [176]
Ежи [37]
Жуки [115]
Зайцы [33]
Змеи [259]
Кальмары,осьминоги [196]
Киты [291]
Копытные [587]
Кораллы [159]
Кошачьи [816]
Крокодилы [114]
Крысы,мыши [366]
Летучие мыши [171]
Лягушки [207]
Медведи [346]
Медузы,моллюски [225]
Микроорганизмы [631]
Морские звезды [40]
Морские львы,тюлени [152]
Муравьи [254]
Мухи,комары [291]
Насекомые [407]
Обезьяны [692]
Пауки [332]
Пингвины [97]
Псовые [660]
Птицы [1166]
Пчелы [362]
Ракообразные [203]
Растения [639]
Рыбы [911]
Саранча,кузнечики [29]
Слоны [157]
Сурикаты,грызуны [316]
Тараканы [59]
Улитки [77]
Хамелеоны [18]
Черви [218]
Черепахи [131]
Ящерицы [193]

Интересное
Аномальные новости

Хроники природных катастроф

Календарь
«  Февраль 2022  »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 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: 649 | Добавил: Sergo | Рейтинг: 0.0/0


Последние новости

Тайна сербского Лох-Несского чудовища (120)

Сняли детеныша Лох-Несского чудовища (37)

Если йети существуют, почему они до сих пор не обнаружены (42)

Позднемелового родственника ядозубов назвали в честь предводителя орков (31)

Записали звуки и передвижение таракана при помощи оптоволокна (29)

Формула идеального взмаха поможет создать роботов-птиц будущего (30)

Биофлуоресценция у рыб развивалась более 100 раз за 112 млн лет (50)

Биологи надели 3D-очки на богомолов и сделали из них буридановых ослов (34)

Насекомые способны к навигации по звездам (41)

Растения, которые не стоит собирать и выращивать (43)

Кожная слизь аксолотля распознала и уничтожила раковые клетки (26)

Нашли нового предка тираннозавра (21)

Новый вид ящерицы-монстерзавра назвали в честь вождя гоблинов (48)

Паук-кружевник убил добычу, окутав токсичным шелком (27)

В кожном секрете ослов нашли средство от клещей (29)

В Канадской Арктике нашли челюсти новой хищной рыбы девонского периода (48)

Почему птицы поют на рассвете (26)

Роевой интеллект направил муравьев расчистить путь перед сородичами с добычей (24)

Ветеринары выявили породы собак, чаще подверженные диарее (31)

Палеонтологи впервые описали кололит зауропода (23)

Бигфута сняли в лесах Колорадо (114)

Открыли гриб с производными ЛСД (41)

Байкальские рачки сохранили древнюю способность выживать при нагреве (45)

Шимпанзе заразились зевотой от робота (41)

Отыскали новую популяцию вымирающих беличьих кускусов (40)

У осьминога впервые нашли девятую работающую «ногу» (84)

Как черви совершают коллективный побег в дикой природе (56)

Новый вид рыб в «спасательном круге» нашли в китайских пещерах (49)

Почему павианы «ходят строем» (49)

Макаки с острова Авадзи увлеклись групповым грумингом (43)

Потепление не смогло заменить диатомовые водоросли динофлагеллятами (26)

Какаду научились пользоваться общественными фонтанчиками для питья (38)

Поиски Лох-Несского чудовища продолжаются (74)

Лох-Несское чудовище питается лососем (46)

Постельных клопов назвали первыми насекомыми-вредителями (29)

Как мухи ощущали приложенную лапками силу (33)

Дрозофил заставили полюбить кокаин с помощью генной инженерии (29)

Тетерки охотнее спарились с самцами-танцорами, а не драчунами (36)

У кошек нашли «ген мурлыканья» (32)

Как тюлени ориентируются в мутной воде прибрежных зон (34)

Азиатские слонихи обошли саванных почти на килограмм мозга (31)

Птицы начали гнездиться в Арктике уже в позднем мелу (79)

Данио рерио адаптировались к жаре (27)

Физики напугали сомов (37)

Рыбы-клоуны уменьшились в ответ на тепловой стресс (28)

Опровергли теорию о вымирании мегалодонов (79)

Умственные способности ворон и сорок шокировали (54)

Хиолитов отнесли к самым ранним моллюскам (32)

Насекомые выпутались из паутины благодаря воску на экзоскелете (28)

Ленивцы три раза независимо стали гигантскими (37)

Поиск


Популярное

Дикие люди Китая (34918)

Чупакабра напала на жителя Одесской области (23619)

Растения, питающиеся животными, издавна вселяли в сердца людей страх (23426)

Русские монстры: от древности до наших дней (21548)

Поведение хищников опровергает правила естественного отбора (17477)

Атлантическая треска может исчезнуть из-за роста кислотности океана (17102)

Морского червя приняли за инопланетянина (16050)

Загадочный Каспий. Морские монстры, НЛО, русалки (16031)

Откуда вынырнули русалки? (15663)

На дне Марианской впадины обитают чудовища (15605)

В произведениях Говарда Лавкрафта действуют чудовища, живущие под землей (15342)

Славянская мифология. Сказочные существа. Часть 3 (15245)

В Марианской впадине нашли загадочных существ и инопланетных гостей (14750)

Неведомое существо обитает в Приморье (14711)

Логово снежного человека обнаружено в США (14115)

В Риме гигантские сомы-мутанты пожирают птиц и крыс (13957)

Чупакабра добралась до Воронежской области (12718)

10 неожиданно опасных пород собак (12523)

Монстры океанов (12508)

Ровенский селянин поймал двух упитанных «чупакабр» (12454)

Крылья бабочки помогут создать антибликовое покрытие экранов (12056)

Кракен - чудовище из морской бездны (11946)

Морской змей в Черном море (11925)

Похороны настоящей… русалки (11699)

Распутывая ДНК бигфута (11544)

Обнаружено самое уродливое существо на планете (11425)

В китайской гробнице нашли вымершее существо (11385)

Сказки - старшилки про Бабу-Ягу, Кощея Бессмертного и Змея Горыныча (11318)

Страшное насекомое замечено в Индии (11318)

Рыба-мутант: что можно найти в водах Севана (11278)

Когда просыпаются русалки (11264)

Крысы умнее, чем Google (11248)

Львы дружески трутся друг о друга (11197)

Экологи просят защитить карадагское чудовище (11100)

Мертвого загадочного зверя из США опознали (10983)

Грибы-монстры - пришельцы из космоса (10982)

Кого боятся белые акулы (10915)

Монстры уходят на глубину (10893)

Хайгейтские вампиры (10614)

Морские дьяволы (10534)

Проект "Криптозоология" © 2010-2025 При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна

Яндекс.Метрика