Forskare vid University of Kent har upptäckt en universell matematisk formel som kan beskriva vilket fågelägg som helst som finns i naturen, något som aldrig tidigare uppnåtts.
Äggets form har länge uppmärksammats av matematiker, ingenjörer och biologer ur analytisk synvinkel.
Formen har värderats högt för sin utveckling, den är tillräckligt stor för att inkubera ett embryo, liten nog för att komma ut ur kroppen på det mest effektiva sättet, snarare än att rulla när den väl lagts, strukturellt stark nog att bära bördan och föda 10,500 XNUMX arter som överlevde dinosaurierna. Ägget kallas den "perfekta formen".
Analysen av alla äggformer använder fyra geometriska former: en sfär, en ellipsoid, en äggformad och en päronformad (konisk) form med en matematisk formel för den päronformade formen som ännu inte har härletts.
Den vanliga uppfattningen av en "äggformad" form är oval, med en spetsig ände och en trubbig ände, och den bredaste punkten närmast den trubbiga änden, ungefär som ett hönsägg. Men saker och ting kan vara mycket enklare (som i fallet med sfäriska ägg som ses hos ugglor, till exempel) eller mycket mer komplexa (som i fallet med päronformade ägg som ses hos ekorrar, snipa och två av de största arterna av pingviner) . Uppgifterna visar att formen på ägget bestäms före bildningen av skalet och av de underliggande hinnorna.
Varför ägget är evolutionärt format så här är förvånansvärt dåligt förstått. Det vill säga, även om det finns en del tidigare forskning om utvecklingen av äggform, vet vi inte exakt hur denna process kom till. I detta sammanhang dras den största uppmärksamheten i denna studie till päronformade ägg (ingår i denna studie för att göra formeln universell). Hos vanliga snipor är päronformen en adaptiv egenskap som säkerställer att de fyra äggen (alltid) "passar ihop" i boet (med de spetsiga kanterna inåt) för att säkerställa maximal inkubationsyta under modern.
Forskare introducerar en ytterligare funktion i den äggformade formeln genom att utveckla en matematisk modell för att passa en helt ny geometrisk form, karakteriserad som det sista steget i utvecklingen av den sfäriska ellipsoiden som är tillämplig på alla ägggeometrier.
Denna nya universella matematiska formel för äggform är baserad på fyra parametrar: ägglängd, maximal bredd, vertikal axelförskjutning och en fjärdedel av äggets diameter.
Denna långsökta universella formel är ett viktigt steg för att förstå inte bara formen på själva ägget, utan också hur och varför det utvecklades, vilket gör det möjligt att använda omfattande biologiska och tekniska tillämpningar.
Matematiska beskrivningar av alla större former av ägg har redan funnit tillämpning inom livsmedelsforskning, maskinteknik, jordbruk, biologi, arkitektur och flygteknik. Som ett exempel kan denna formel tillämpas på den tekniska konstruktionen av tunnväggiga äggformade kärl, som måste vara starkare än typiska sfäriska.
Denna nya formel är ett viktigt genombrott med många applikationer, inklusive:
1. Kompetent vetenskaplig beskrivning av ett biologiskt objekt.
Nu när ett ägg kan beskrivas med en matematisk formel kommer arbetet inom området biologisk taxonomi, optimeringen av tekniska parametrar, inkubationen av ägg och valet av fjäderfä att förenklas avsevärt.
2. Noggrann och enkel bestämning av de fysiska egenskaperna hos ett biologiskt föremål.
Äggets yttre egenskaper är avgörande för forskare och ingenjörer som utvecklar teknologier för inkubering, bearbetning, lagring och sortering av ägg. Det finns ett behov av en enkel identifieringsprocess som använder äggvolym, area, krökningsradie och andra indikatorer för att beskriva äggets konturer som tillhandahålls av denna formel.
3. Framtida ingenjörskonst inspirerad av biologi.
Ägget är ett naturligt biologiskt system som studeras för design av tekniska system och den senaste tekniken. Den äggformade geometriska figuren har anammats inom arkitekturen, såsom taket på City of London och Mary X skyskrapan, och konstruktionen, eftersom den tål maximala belastningar med minimal materialåtgång, på vilken denna formel nu enkelt kan appliceras .
”Biologiska evolutionära processer, som äggbildning, måste studeras för matematisk beskrivning som underlag för forskning inom evolutionsbiologi, vilket framgår av denna formel. Denna universella formel kan tillämpas i nyckeldiscipliner, särskilt inom livsmedelsindustrin, och kommer att fungera som en drivkraft för vidare forskning inspirerad av ägget som ett studieobjekt, säger studiens huvudförfattare Darren Griffin. Professor i genetik vid University of Kent.
Referens: "Egg and math: introducing a universal formula for egg shape" av Valeriy G. Narushin, Michael N. Romanov och Darren K. Grif fin, 23 augusti 2021, Annals of the New York Academy of Sciences.
DOI: 10.1111 / nyas.14680
Källa: The Perfect Shape? Forskning avslöjar äntligen den gamla universella ekvationen för formen på ett ägg – UNIVERSITY OF KENT
Bild: Bilder av ägg från de fyra huvudformerna av följande fågelarter: (A) struts, rund; (B) emu, elliptisk; (C) sångfåglar, äggformade; (D) örn, äggformad; och (E) curry, päronformad; med sina teoretiska konturer (i de högra graferna). Bilderna på äggen är tagna från Wikimedia Commons. Kredit: Darren Grif et al.
