Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κεντ ανακάλυψαν έναν καθολικό μαθηματικό τύπο που μπορεί να περιγράψει οποιοδήποτε αυγό πουλιού που υπάρχει στη φύση, κάτι που δεν είχε επιτευχθεί ποτέ πριν.
Το σχήμα του αυγού έχει τραβήξει εδώ και καιρό την προσοχή μαθηματικών, μηχανικών και βιολόγων από αναλυτική άποψη.
Η φόρμα έχει εκτιμηθεί ιδιαίτερα για την εξέλιξή της, καθώς είναι αρκετά μεγάλη για να επωάσει ένα έμβρυο, αρκετά μικρή για να βγει από το σώμα με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο, αντί να κυλήσει μόλις τοποθετηθεί, αρκετά δομικά ισχυρή ώστε να αντέχει το βάρος και να γεννήσει 10,500 είδη που επέζησαν από τους δεινόσαυρους. Το αυγό ονομάζεται «τέλειο σχήμα».
Η ανάλυση όλων των σχημάτων αυγών χρησιμοποιεί τέσσερα γεωμετρικά σχήματα: μια σφαίρα, ένα ελλειψοειδές, ένα σχήμα αυγού και ένα σχήμα αχλαδιού (κωνικό) με έναν μαθηματικό τύπο του σχήματος αχλαδιού που δεν έχει ακόμη εξαχθεί.
Η συνήθης αντίληψη ενός σχήματος «αυγού» είναι οβάλ, με μυτερό άκρο και αμβλύ άκρο, και το φαρδύτερο σημείο που βρίσκεται πιο κοντά στο αμβλύ άκρο, κάπως σαν αυγό κότας. Ωστόσο, τα πράγματα μπορεί να είναι πολύ πιο απλά (όπως στην περίπτωση των σφαιρικών αυγών που παρατηρούνται σε κουκουβάγιες, για παράδειγμα) ή πολύ πιο περίπλοκα (όπως στην περίπτωση των αυγών σε σχήμα αχλαδιού που παρατηρούνται σε σκίουρους, μπεκάτσα και δύο από τα μεγαλύτερα είδη πιγκουίνων) . Τα δεδομένα δείχνουν ότι το σχήμα του αυγού προσδιορίζεται πριν από το σχηματισμό του κελύφους και από τις υποκείμενες μεμβράνες.
Το γιατί το αυγό έχει εξελικτικό σχήμα όπως αυτό είναι εκπληκτικά ελάχιστα κατανοητό. Δηλαδή, αν και υπάρχει κάποια προηγούμενη έρευνα για την ανάπτυξη του σχήματος του αυγού, δεν γνωρίζουμε ακριβώς πώς προέκυψε αυτή η διαδικασία. Σε αυτό το πλαίσιο, η μεγαλύτερη προσοχή σε αυτή τη μελέτη εφιστάται στα αυγά σε σχήμα αχλαδιού (που περιλαμβάνονται σε αυτήν τη μελέτη για να γίνει η φόρμουλα καθολική). Στις κοινές μπεκάτσες, το σχήμα αχλαδιού είναι ένα προσαρμοστικό χαρακτηριστικό που διασφαλίζει ότι τα τέσσερα αυγά (πάντα) «ταιριάζουν» στη φωλιά (με τις μυτερές άκρες προς τα μέσα) για να εξασφαλίσουν τη μέγιστη περιοχή επώασης κάτω από τη μητέρα.
Οι ερευνητές εισάγουν ένα πρόσθετο χαρακτηριστικό στη φόρμουλα σε σχήμα αυγού αναπτύσσοντας ένα μαθηματικό μοντέλο που ταιριάζει σε ένα εντελώς νέο γεωμετρικό σχήμα, που χαρακτηρίζεται ως το τελευταίο στάδιο στην εξέλιξη του σφαιρικού ελλειψοειδούς που μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε γεωμετρία αυγού.
Αυτή η νέα καθολική μαθηματική φόρμουλα για το σχήμα του αυγού βασίζεται σε τέσσερις παραμέτρους: μήκος αυγού, μέγιστο πλάτος, μετατόπιση κάθετου άξονα και το ένα τέταρτο της διαμέτρου του αυγού.
Αυτή η πολυαναμενόμενη καθολική φόρμουλα είναι ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση όχι μόνο του σχήματος του ίδιου του αυγού, αλλά και του πώς και γιατί εξελίχθηκε, καθιστώντας έτσι δυνατές εκτεταμένες βιολογικές και τεχνολογικές εφαρμογές.
Οι μαθηματικές περιγραφές όλων των μεγάλων μορφών αυγών έχουν ήδη βρει εφαρμογή στην έρευνα τροφίμων, τη μηχανολογία, τη γεωργία, τη βιολογία, την αρχιτεκτονική και την αεροναυπηγική. Για παράδειγμα, αυτός ο τύπος μπορεί να εφαρμοστεί στη μηχανική κατασκευή αγγείων σε σχήμα αυγού με λεπτά τοιχώματα, τα οποία πρέπει να είναι ισχυρότερα από τα τυπικά σφαιρικά.
Αυτή η νέα φόρμουλα είναι μια σημαντική ανακάλυψη με πολλές εφαρμογές, όπως:
1. Αρμόδια επιστημονική περιγραφή βιολογικού αντικειμένου.
Τώρα που ένα αυγό μπορεί να περιγραφεί με έναν μαθηματικό τύπο, η εργασία στον τομέα της βιολογικής ταξινόμησης, της βελτιστοποίησης των τεχνολογικών παραμέτρων, της επώασης των αυγών και της επιλογής πουλερικών θα απλοποιηθεί πολύ.
2. Ακριβής και απλός προσδιορισμός των φυσικών χαρακτηριστικών ενός βιολογικού αντικειμένου.
Οι εξωτερικές ιδιότητες του αυγού είναι ζωτικής σημασίας για ερευνητές και μηχανικούς που αναπτύσσουν τεχνολογίες για την επώαση, την επεξεργασία, την αποθήκευση και τη διαλογή των αυγών. Υπάρχει ανάγκη για μια απλή διαδικασία αναγνώρισης, χρησιμοποιώντας τον όγκο, την περιοχή, την ακτίνα καμπυλότητας και άλλους δείκτες για την περιγραφή των περιγραμμάτων του αυγού που παρέχονται από αυτόν τον τύπο.
3. Μελλοντική μηχανική εμπνευσμένη από τη βιολογία.
Το αυγό είναι ένα φυσικό βιολογικό σύστημα που μελετάται για το σχεδιασμό συστημάτων μηχανικής και τις τελευταίες τεχνολογίες. Η γεωμετρική φιγούρα σε σχήμα αυγού έχει υιοθετηθεί στην αρχιτεκτονική, όπως η οροφή του Σίτι του Λονδίνου και ο ουρανοξύστης Mary X, καθώς και στην κατασκευή, καθώς μπορεί να αντέξει τα μέγιστα φορτία με ελάχιστη κατανάλωση υλικού, στα οποία αυτή η φόρμουλα μπορεί πλέον να εφαρμοστεί εύκολα .
«Οι βιολογικές εξελικτικές διαδικασίες, όπως ο σχηματισμός αυγών, πρέπει να μελετηθούν για μαθηματική περιγραφή ως βάση για έρευνα στην εξελικτική βιολογία, όπως φαίνεται από αυτόν τον τύπο. Αυτή η καθολική φόρμουλα μπορεί να εφαρμοστεί σε βασικούς κλάδους, ειδικά στη βιομηχανία τροφίμων, και θα χρησιμεύσει ως ώθηση για περαιτέρω έρευνα εμπνευσμένη από το αυγό ως αντικείμενο μελέτης», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Darren Griffin. Καθηγητής Γενετικής στο Πανεπιστήμιο του Κεντ.
Αναφορά: «Αυγό και μαθηματικά: εισαγωγή μιας καθολικής φόρμουλας για το σχήμα του αυγού» από τους Valeriy G. Narushin, Michael N. Romanov και Darren K. Grif, 23 Αυγούστου 2021, Annals of the New York Academy of Sciences.
DOI: 10.1111 / nyas.14680
Πηγή: The Perfect Shape; Έρευνα αποκαλύπτει επιτέλους την αρχαία παγκόσμια εξίσωση για το σχήμα ενός αυγού – ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΟΥ ΚΕΝΤ
Εικόνα: Εικόνες αυγών από τα τέσσερα κύρια σχήματα των ακόλουθων ειδών πτηνών: (Α) στρουθοκάμηλος, στρογγυλή. (Β) emu, ελλειπτικό. (Γ) ωδικά πτηνά, ωοειδή. (Δ) αετός, ωοειδές· και (Ε) κάρυ, σε σχήμα αχλαδιού. με τα θεωρητικά τους περιγράμματα (στα δεξιά γραφήματα). Οι εικόνες των αυγών ελήφθησαν από το Wikimedia Commons. Πίστωση: Darren Grif et n et al.
