De universele vergelijking voor de vorm van het ei is ontdekt

Onderzoekers van de Universiteit van Kent hebben een universele wiskundige formule ontdekt die elk vogelei in de natuur kan beschrijven, iets wat nog nooit eerder is bereikt.

De vorm van het ei heeft vanuit analytisch oogpunt lang de aandacht getrokken van wiskundigen, ingenieurs en biologen.

De vorm is zeer gewaardeerd vanwege zijn evolutie, omdat hij groot genoeg is om een ​​embryo te incuberen, klein genoeg om op de meest efficiënte manier uit het lichaam te komen, in plaats van te rollen als hij eenmaal is gelegd, structureel sterk genoeg om de last te dragen en geboorte te geven aan 10,500 soorten die de dinosauriërs hebben overleefd. Het ei wordt de "perfecte vorm" genoemd.

De analyse van alle eivormen maakt gebruik van vier geometrische vormen: een bol, een ellipsoïde, een eivormige en een peervormige (conische) vorm met een wiskundige formule van de peervormige vorm die nog moet worden afgeleid.

De gebruikelijke perceptie van een "eivormige" vorm is ovaal, met een puntig uiteinde en een stomp uiteinde, en het breedste punt dat zich het dichtst bij het stompe uiteinde bevindt, een beetje zoals een kippenei. De dingen kunnen echter veel eenvoudiger zijn (zoals in het geval van bolvormige eieren die bijvoorbeeld bij uilen worden gezien) of veel complexer (zoals in het geval van peervormige eieren die worden gezien bij eekhoorns, watersnip en twee van de grootste soorten pinguïns) . De gegevens laten zien dat de vorm van het ei wordt bepaald vóór de vorming van de schaal en door de onderliggende membranen.

Waarom het ei evolutionair zo gevormd is, wordt verrassend slecht begrepen. Dat wil zeggen, hoewel er eerder onderzoek is gedaan naar de ontwikkeling van eivorm, weten we niet precies hoe dit proces tot stand kwam. In deze context gaat de meeste aandacht in dit onderzoek uit naar peervormige eieren (opgenomen in dit onderzoek om de formule universeel te maken). Bij watersnippen is de peervorm een ​​adaptieve eigenschap die ervoor zorgt dat de vier eieren (steevast) "in elkaar passen" in het nest (met de puntige randen naar binnen) om een ​​maximaal broedgebied onder de moeder te garanderen.

Onderzoekers introduceren een extra functie in de eivormige formule door een wiskundig model te ontwikkelen dat past bij een volledig nieuwe geometrische vorm, die wordt gekenmerkt als de laatste fase in de evolutie van de bolvormige ellipsoïde die van toepassing is op elke eigeometrie.

Deze nieuwe universele wiskundige formule voor eivorm is gebaseerd op vier parameters: eilengte, maximale breedte, verticale asverschuiving en een kwart van de eidiameter.

Deze lang gezochte universele formule is een belangrijke stap in het begrijpen van niet alleen de vorm van het ei zelf, maar ook hoe en waarom het is geëvolueerd, waardoor wijdverbreide biologische en technologische toepassingen mogelijk worden.

Wiskundige beschrijvingen van alle belangrijke vormen van eieren zijn al toegepast in voedselonderzoek, werktuigbouwkunde, landbouw, biologie, architectuur en luchtvaart. Deze formule kan bijvoorbeeld worden toegepast op de technische constructie van dunwandige eivormige vaten, die sterker moeten zijn dan typische bolvormige.

Deze nieuwe formule is een belangrijke doorbraak met vele toepassingen, waaronder:

1. Competente wetenschappelijke beschrijving van een biologisch object.

Nu een ei kan worden beschreven met een wiskundige formule, wordt het werk op het gebied van biologische taxonomie, de optimalisatie van technologische parameters, de incubatie van eieren en de selectie van pluimvee sterk vereenvoudigd.

2. Nauwkeurige en eenvoudige bepaling van de fysieke kenmerken van een biologisch object.

De uiterlijke eigenschappen van het ei zijn van vitaal belang voor onderzoekers en ingenieurs die technologieën ontwikkelen voor het uitbroeden, verwerken, bewaren en sorteren van eieren. Er is behoefte aan een eenvoudig identificatieproces, waarbij gebruik wordt gemaakt van het eivolume, het oppervlak, de kromtestraal en andere indicatoren om de contouren van het ei te beschrijven die door deze formule worden geleverd.

3. Toekomstige techniek geïnspireerd door biologie.

Het ei is een natuurlijk biologisch systeem dat is bestudeerd voor het ontwerp van technische systemen en de nieuwste technologieën. De eivormige geometrische figuur is overgenomen in de architectuur, zoals het dak van de City of London en de Mary X-wolkenkrabber, en de constructie, omdat het maximale belastingen kan weerstaan ​​​​met een minimaal materiaalverbruik, waarop deze formule nu gemakkelijk kan worden toegepast .

“Biologische evolutionaire processen, zoals de vorming van eieren, moeten bestudeerd worden voor een wiskundige beschrijving als basis voor onderzoek in de evolutionaire biologie, zoals blijkt uit deze formule. Deze universele formule kan worden toegepast in belangrijke disciplines, met name in de voedingsindustrie, en zal een aanzet zijn voor verder onderzoek geïnspireerd door het ei als studieobject”, aldus hoofdauteur Darren Griffin. Hoogleraar genetica aan de Universiteit van Kent.

Referentie: "Egg and wiskunde: introductie van een universele formule voor eivorm" door Valeriy G. Narushin, Michael N. Romanov en Darren K. Grif fi n, 23 augustus 2021, Annals of the New York Academy of Sciences.

DOI: 10.1111 / nyas.14680

Bron: De perfecte vorm? Onderzoek onthult eindelijk oude universele vergelijking voor de vorm van een ei - UNIVERSITY OF KENT

Afbeelding: afbeeldingen van eieren van de vier hoofdvormen van de volgende vogelsoorten: (A) struisvogel, rond; (B) emu, elliptisch; (C) zangvogels, eivormig; (D) adelaar, eivormig; en (E) curry, peervormig; met hun theoretische contouren (in de rechter grafieken). De afbeeldingen van de eieren zijn afkomstig van Wikimedia Commons. Krediet: Darren Grif et n et al.