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日本植物激发了重新计算用于模拟叶片排列模式的方程式

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-03-08浏览次数:1900

叶子可以享受它们的阴影,秋天的颜色或味道,植物上的叶子排列是识别物种的实用方法。然而,植物如何控制叶子排列的细节在植物学中仍然是一个持久的谜。最近,具有独特叶片图案的日本植物物种揭示了对几乎所有植物如何控制其叶片排列的意外洞察。

“我们开发了一种新模型来解释特定的叶片布置模式。但事实上,它更准确地反映了特定植物的性质,但更多地反映了在自然界中观察到的几乎所有叶片排列模式。多样化的范围,“副教授。来自东京大学小石川植物园的Munetaka Sugiyama说。

所有角度为了识别植物物种的叶片排列,植物学家测量叶子之间的角度,并将茎从最老的叶子移动到最年轻的叶子。

常见的图案是对称的,叶子以90度(罗勒或薄荷),180度(竹子,如竹子),或斐波纳契金角螺旋(如某些球形仙人掌上的针)或多汁螺旋芦荟的规则间隔排列芦荟))。

Sugiyama的研究小组研究的特殊模型被称为“orixate”,它是日本,中国和朝鲜半岛的灌木种Orixa japonica。 O. Japonica有时被用作树篱。 O. Japonica的叶子之间的角度是180度,90度,180度,270度,然后下一片叶子将图案重置为180度。

“我们的研究很可能真正了解自然界中的美丽图案,”杉山说。植物数学Sugiyama的研究小组通过对用于模拟叶片对齐的现有数学方程式的详尽测试开始他们的研究。

自1996年以来,刀片布置已经使用称为DC2(Douady和Couder 2)的等式进行数学建模。通过改变植物生理学的不同变量的值,例如不同植物器官之间的关系或植物内化学信号的强度,该等式可以产生许多但不是全部的叶排列模式。

DC2有两个缺点,研究人员希望解决这个问题:无论将哪些值放入DC2方程,都不会计算出一些不常见的叶片排列模式。 Fibonacci螺旋叶片布置图案是迄今为止在自然界中观察到的最常见的螺旋图案,但仅比通过DC2方程计算的其他螺旋图案略微更常见。

一种奇特的模式

至少四种不相关的植物物种具有不寻常的orixate叶排列模式。研究人员怀疑有可能使用所有植物共有的基本遗传和细胞机制来创造orixate模式,因为替代的可能性 - 相同的,非常不寻常的叶片安排模式演变了四次或更多次 - 似乎太不可能了。

在DC2方程中使用的一个基本假设是叶子发出恒定信号以抑制其他附近叶子的生长,并且信号在较长距离处减弱。研究人员怀疑该信号可能与植物激素生长素有关,但确切的生理学仍然未知。

罕见的模式和共同规则

“我们改变了这个基本假设 - 抑制不是恒定的,但实际上随着年龄的变化而变化。我们测试了较老的,增加的和减少的抑制,并发现当老叶子有更强的抑制作用时,它会计算出特殊的orixate模式。 “姗姗说。

这种对作为年龄函数的信号功率抑制的见解可用于指导植物发育的未来遗传或生理学研究。

研究人员说,这个等式的新版本是EDC2(Expanded Douady和Couder 2)。

该研究论文的第一作者,博士。学生Takaaki Yonekura设计了一个计算机模拟,用于生成由EDC2计算的数千个叶片排列模式,并计算产生相同模式的频率。 EDC2更频繁地计算更常见的模式,进一步支持用于创建公式的思想的准确性。

“还有其他非常不寻常的叶子排列模式,我们的新食谱仍然无法解释。我们现在正试图设计一个新的概念,解释所有已知的叶子排列模式,而不仅仅是几乎所有模式,“Sugiyama Say。

自己动手 - 识别模式

专家建议在确定植物的叶片排列或叶片顺序时,观察一组相对较新的叶片。 (在希腊语中,phyllon意味着叶子。)较旧的叶子可能已经转动(由于风或阳光),因此很难确定它们与茎的真实连接角度。

把茎想象成一个圆圈。首先,仔细观察圆圈上最古老和第二片老叶子的附着情况。两片叶子之间的角度是第一个“发散角”。继续确定茎上较年轻和较年轻叶子之间的分歧角度。发散角的模式是叶片排列模式。