RAPORT

Imigranci na granicy z Białorusią

Jak jabłka uzyskują swój kształt? Odpowiedź dała teoria czarnych dziur

Dlaczego w górnej części jabłka zawsze tworzy się dołek? (fot. Pexels)
Dlaczego w górnej części jabłka zawsze tworzy się dołek? (fot. Pexels)

Wykorzystując znaną z badań czarnych dziur teorię osobliwości zespół matematyków i fizyków z Harvardu odkrył, skąd bierze się kształt jabłka i dlaczego w jego wierzchołku powstaje charakterystyczny dołek. Artykuł został opublikowany w „Nature Physics”.

Ciemna materia składa się z czarnych dziur o rozmiarze atomu? Naukowcy wysnuli teorię

Badane od kilkudziesięciu lat czarne dziury wciąż skrywają wiele tajemnic. Dotąd naukowcy rozróżniali dwa typy różniące się przede wszystkim masą i...

zobacz więcej

Jabłka należą do najstarszych i najbardziej rozpoznawalnych owoców na świecie. Ich kształt zna każdy, jednak nikt dotychczas nie wiedział, z czego on wynika. Dlaczego, choć cały owoc przypomina kulę, w jego górnej części – tam, gdzie łączy się z łodygą – zawsze tworzy się mały dołek?

– Kształty biologiczne są często wyznaczane przez obecność struktur, które służą jako punkty centralne – tłumaczy prof. L. Mahadevan z Uniwersytetu Harvarda, starszy autor badania.

– Punkty te mogą czasami przybierać formę osobliwości, w których zlokalizowane są różne deformacje. Dobrym przykładem jest właśnie wierzchołek jabłka, mający charakterystyczny dołek, w którym łodyga styka się z owocem – dodaje.

Mahadevan już wcześniej opracował prostą teorię wyjaśniającą formę i mechanizm wzrostu jabłek, jednak prawdziwym przełomem w tej kwestii był moment, gdy naukowiec połączył obserwacje prawdziwych owoców – na różnych etapach rozwoju – z symulującymi ten rozwój eksperymentami w żelu oraz obliczeniami matematycznymi.

Wraz z zespołem rozpoczął od zebrania jabłek (na różnych etapach wzrostu) z sadu w Cambridge w Wielkiej Brytanii. W oparciu o analizę ich budowy naukowcy zmapowali następnie wzrost dołka na wierzchołku owocu w czasie.

Wiadomo, dla kogo Nobel z chemii. „Nowy rodzaj katalizy”

Tegoroczna Nagroda Nobla z chemii trafi do Benjamina Lista i Davida MacMillana – twórców nowego, precyzyjnego narzędzia do „budowania” cząsteczek...

zobacz więcej

Aby zrozumieć ewolucję kształtu jabłka, a zwłaszcza owego wierzchołka, badacze skorzystali ze znanej teorii matematycznej, zwanej teorią osobliwości. Jest ona używana do opisu wielu różnych zjawisk zachodzących we wszechświecie – od czarnych dziur po bardziej przyziemne przykłady, takie jak wzory światła na dnie basenu, załamywanie się kropel i propagacja pęknięć.

– Ekscytujące w osobliwościach jest to, że są uniwersalne – mówi dr Thomas Michaels, współautor omawianej pracy.

– Wierzchołek jabłka nie ma przecież nic wspólnego z jasnymi wzorami na dnie basenu czy kroplą odrywającą się od słupa wody, a mimo to przyjmuje taki sam kształt jak one. Ta uniwersalność jest bardzo głęboka i – jak się okazuje – bardzo przydatna, ponieważ łączy pojedyncze zjawiska obserwowane w bardzo różnych układach fizycznych – wyjaśnia.

Twoje INFO - kontakt z TVP INFO
Opierając się na wspomnianej teorii naukowcy wykorzystali symulację numeryczną, aby zrozumieć, w jaki sposób zróżnicowany wzrost między miąższem owocu a jego rdzeniem wpływa na formowanie się wierzchołka. Następnie potwierdzili te symulacje eksperymentami, które dzięki pęczniejącemu w czasie żelowi naśladowały wzrost owocu.

Eksperymenty wykazały, że to różnice w szybkości wzrostu pomiędzy miąższem jabłka a miejscem przy łodydze skutkowały powstaniem charakterystycznego dołeczka.

– Morfogeneza, czyli dosłownie pochodzenie kształtu, jest jedną z największych zagadek w biologii – podsumowuje Mahadevan.

– Kształt zwykłego jabłka pozwolił nam zbadać pewne fizyczne aspekty osobliwości biologicznej. Oczywiście teraz musimy zrozumieć mechanizmy molekularne i komórkowe, które stoją za formowaniem się wierzchołka owocu, jednak jest to cenny krok w kierunku stworzenia teorii kształtów biologicznych – przyznaje.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:

Zobacz więcej