Пятница, 12.12.2025, 04:47 | Приветствую Вас Гость | Подписка на новости сайта
Меню сайта

Темы
Чупакабра [792]
Снежный человек [1136]
Морские чудовища [1075]
Сухопутные твари [930]
Летающие монстры [251]
Подземные твари [61]
Динозавры,мегафауна [1606]
Теория [1260]
Акулы [272]
Бабочки [161]
Грибы [227]
Гусеницы [64]
Дельфины [178]
Ежи [37]
Жуки [115]
Зайцы [34]
Змеи [265]
Кальмары,осьминоги [200]
Киты [296]
Копытные [591]
Кораллы [161]
Кошачьи [827]
Крокодилы [114]
Крысы,мыши [370]
Летучие мыши [176]
Лягушки [212]
Медведи [350]
Медузы,моллюски [228]
Микроорганизмы [634]
Морские звезды [42]
Морские львы,тюлени [153]
Муравьи [261]
Мухи,комары [295]
Насекомые [413]
Обезьяны [707]
Пауки [340]
Пингвины [101]
Псовые [665]
Птицы [1182]
Пчелы [369]
Ракообразные [203]
Растения [648]
Рыбы [921]
Саранча,кузнечики [29]
Слоны [160]
Сурикаты,грызуны [318]
Тараканы [59]
Улитки [78]
Хамелеоны [19]
Черви [220]
Черепахи [134]
Ящерицы [198]

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


Последние новости

Охотники на бигфута приближаются к разгадке тайны (59)

Новое изображение Лох-Несского чудовища (36)

Бигфуты и научные исследования на грани (28)

Пчелы не эффективны против слонов (21)

Лягушки победили самых опасных шершней (26)

Нехватка сардин привела к сокращению на 95% популяции пингвинов (24)

ФБР опубликовало досье на снежного человека (76)

Гриб из Чернобыля поглощает радиацию (29)

Почему и как бенгальская кошка не стала домашней (26)

Шимпанзе и люди одинаково отнеслись к просоциальности (23)

У растений обнаружили механизм бурения плотного грунта по принципу промышленных труб (27)

В Европе распространяется хищный червь (36)

Редкая эволюционная особенность позволила пандам использовать инструменты (33)

Генетический анализ переписал историю происхождения домашних кошек (38)

Биологи нашли систему принудительного роста вниз у растений (31)

Выяснили, за какое время слоны привыкают к следящим дронам (23)

В геноме адского вампира нашли следы общего предка осьминогов и кальмаров (35)

Агрессия у собак оказалась генетически связана с человеческой депрессией (28)

Люди ищут истину, стоящую за снежным человеком (84)

Мозг птерозавров и птиц адаптировался к полету двумя разными путями (32)

В Германии нашли самого маленького в мире коня (39)

Социальное обучение позволило орангутанам освоить взрослый пищевой рацион (26)

Безуспешные поиски Лох-Несского чудовища (61)

Переписали механизм навигации у голубей (36)

Изучение пингвинов помогло воссоздать механизм коллективного поведения (35)

Споры мха выжили после девяти месяцев в открытом космосе (38)

Смешение с собаками повысило генетическое разнообразие части динго (40)

Новозеландцы встретили розовую кобылку (30)

Обезьяны показали способность отказываться от своих ошибочных убеждений (51)

У мышей обнаружили способность к «акушерству» (37)

Домашние кошки предпочли кузнечиков и сверчков (34)

Новый вид змей назвали в честь Стива Ирвина (26)

Муравьи-паразиты обманом заставили муравьев-хозяев убить собственных матерей (33)

Считавшуюся вымершей рыбу переоткрыли спустя 21 год (44)

Палеобиологи «добыли» древнейшую РНК из туши мамонтенка Юка (124)

Сколько нужно кальмаров для прокорма черных дельфинов (48)

Шмели отличили короткое мигание лампочки от длинного (49)

Пауки сделали фальшивых пауков втрое крупнее себя из объедков и мусора (49)

Ученые посоветовали кричать на чаек, чтобы не дать им украсть еду (47)

Раскрыли клеточные механизмы «мужской беременности» морских коньков (58)

Бактерии со сломанными жгутиками поплыли вперед на собственных фекалиях (57)

Как хамелеонам удается вращать глазами независимо друг от друга (48)

Скворцы превзошли попугаев в имитации звуков дроида R2-D2 (44)

Единственный экземпляр додо с сохранившимися мягкими тканями (66)

Смоделировали совокупление утконосых динозавров (31)

В мозге мышей нашли нейронные контуры агрессии и самоповреждения (49)

Рогатую пчелу назвали в честь Люцифера (36)

Герпетологи описали три новых вида живородящих жаб (54)

Создали робота-медузу с ИИ для тотального наблюдения за мировым океаном (40)

Долголетие гренландских китов обеспечил белок (135)

Поиск


Популярное

Дикие люди Китая (35058)

Чупакабра напала на жителя Одесской области (23985)

Растения, питающиеся животными, издавна вселяли в сердца людей страх (23542)

Русские монстры: от древности до наших дней (21865)

Атлантическая треска может исчезнуть из-за роста кислотности океана (18104)

Поведение хищников опровергает правила естественного отбора (17633)

На дне Марианской впадины обитают чудовища (16372)

В произведениях Говарда Лавкрафта действуют чудовища, живущие под землей (16316)

Морского червя приняли за инопланетянина (16178)

Загадочный Каспий. Морские монстры, НЛО, русалки (16173)

Откуда вынырнули русалки? (15963)

Славянская мифология. Сказочные существа. Часть 3 (15360)

В Марианской впадине нашли загадочных существ и инопланетных гостей (15152)

Неведомое существо обитает в Приморье (14866)

В Риме гигантские сомы-мутанты пожирают птиц и крыс (14843)

Логово снежного человека обнаружено в США (14416)

10 неожиданно опасных пород собак (13429)

Крылья бабочки помогут создать антибликовое покрытие экранов (13088)

Чупакабра добралась до Воронежской области (13074)

Монстры океанов (12849)

Ровенский селянин поймал двух упитанных «чупакабр» (12673)

Морской змей в Черном море (12151)

Распутывая ДНК бигфута (12114)

Кракен - чудовище из морской бездны (12084)

Когда просыпаются русалки (12031)

Львы дружески трутся друг о друга (12016)

Похороны настоящей… русалки (11801)

Сказки - старшилки про Бабу-Ягу, Кощея Бессмертного и Змея Горыныча (11592)

Обнаружено самое уродливое существо на планете (11526)

В китайской гробнице нашли вымершее существо (11513)

Страшное насекомое замечено в Индии (11461)

Крысы умнее, чем Google (11460)

Рыба-мутант: что можно найти в водах Севана (11425)

Экологи просят защитить карадагское чудовище (11415)

Монстры уходят на глубину (11207)

Мертвого загадочного зверя из США опознали (11169)

Грибы-монстры - пришельцы из космоса (11144)

Кого боятся белые акулы (11103)

Морские дьяволы (10837)

Хайгейтские вампиры (10783)

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

Яндекс.Метрика