Исследователи из Кентского университета открыли универсальную математическую формулу, которая может описать любое птичье яйцо, существующее в природе, чего никогда раньше не было.
Форма яйца уже давно привлекает внимание математиков, инженеров и биологов с аналитической точки зрения.
Эта форма была высоко оценена за свою эволюцию: она достаточно велика, чтобы высидеть зародыш, достаточно мала, чтобы выйти из тела наиболее эффективным способом, а не катиться после укладки, структурно достаточно прочна, чтобы выдержать нагрузку и родить 10,500 XNUMX особей. видов, переживших динозавров. Яйцо называют «идеальной формой».
При анализе всех форм яиц используются четыре геометрические фигуры: сфера, эллипсоид, яйцевидная и грушевидная (коническая) формы с математической формулой грушевидной формы, которую еще предстоит вывести.
Обычное восприятие «яйцевидной» формы — это овал, с заостренным концом и тупым концом, а самая широкая точка ближе всего к тупому концу, что-то вроде куриного яйца. Однако все может быть намного проще (как, например, в случае со сферическими яйцами, наблюдаемыми у сов), или гораздо сложнее (как в случае с грушевидными яйцами, наблюдаемыми у белок, бекасов и двух самых крупных видов пингвинов). . Данные показывают, что форма яйца определяется до образования скорлупы и нижележащих оболочек.
Почему яйцо эволюционно имеет такую форму, на удивление плохо изучено. То есть, несмотря на некоторые предыдущие исследования развития формы яйца, мы точно не знаем, как возник этот процесс. В этом контексте наибольшее внимание в данном исследовании привлекают яйца грушевидной формы (включенные в данное исследование для универсальности формулы). У обыкновенных бекасов грушевидная форма является адаптивным признаком, который гарантирует, что четыре яйца (неизменно) «прилегают друг к другу» в гнезде (заостренными краями внутрь), чтобы обеспечить максимальную площадь инкубации под матерью.
Исследователи вводят дополнительную особенность в формулу формы яйца, разрабатывая математическую модель, соответствующую совершенно новой геометрической форме, охарактеризованной как последняя стадия эволюции сферического эллипсоида, применимая к любой геометрии яйца.
Эта новая универсальная математическая формула для формы яйца основана на четырех параметрах: длине яйца, максимальной ширине, смещении вертикальной оси и четверти диаметра яйца.
Эта долгожданная универсальная формула является важным шагом в понимании не только формы самого яйца, но также того, как и почему оно эволюционировало, что делает возможным широкое биологическое и технологическое применение.
Математические описания всех основных форм яиц уже нашли применение в исследованиях продуктов питания, машиностроении, сельском хозяйстве, биологии, архитектуре и воздухоплавании. В качестве примера эту формулу можно применить к инженерной конструкции тонкостенных сосудов яйцевидной формы, которые должны быть прочнее типичных сферических.
Эта новая формула является важным прорывом во многих областях, в том числе:
1. Грамотное научное описание биологического объекта.
Теперь, когда яйцо можно описать математической формулой, значительно упростятся работы в области биологической таксономии, оптимизации технологических параметров, инкубации яиц и отборе домашней птицы.
2. Точное и простое определение физических характеристик биологического объекта.
Внешние свойства яйца жизненно важны для исследователей и инженеров, разрабатывающих технологии инкубации, обработки, хранения и сортировки яиц. Необходим простой процесс идентификации с использованием объема яйца, площади, радиуса кривизны и других показателей для описания контуров яйца, предусмотренных этой формулой.
3. Инженерное дело будущего, вдохновленное биологией.
Яйцо — природная биологическая система, изучаемая для проектирования инженерных систем и новейших технологий. Яйцевидная геометрическая фигура была принята в архитектуре, такой как крыша лондонского Сити и небоскреба Мэри Х, и в строительстве, так как она может выдерживать максимальные нагрузки при минимальном расходе материала, к которым эта формула теперь может быть легко применена. .
«Биологические эволюционные процессы, такие как образование яиц, должны быть изучены для математического описания в качестве основы для исследований в области эволюционной биологии, как показано в этой формуле. Эта универсальная формула может быть применена в ключевых дисциплинах, особенно в пищевой промышленности, и послужит толчком для дальнейших исследований, вдохновленных яйцом как объектом изучения», — сказал ведущий автор исследования Даррен Гриффин. Профессор генетики Кентского университета.
Ссылка: «Яйцо и математика: введение универсальной формулы формы яйца», Валерий Г. Нарушин, Майкл Н. Романов и Даррен К. Гриффин, 23 августа 2021 г., Анналы Нью-Йоркской академии наук.
DOI: 10.1111/няс.14680
Источник: Идеальная форма? Исследование, наконец, раскрывает древнее универсальное уравнение формы яйца – КЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Рисунок: Изображения яиц четырех основных форм следующих видов птиц: (А) страусиные, круглые; (Б) эму, эллиптический; (C) певчие птицы, яйцевидные; (D) орел, яйцевидный; и (Е) карри грушевидной формы; с их теоретическими контурами (на правых графиках). Изображения яиц были взяты с Викисклада. Авторы и права: Даррен Гриф и др.
