Дослідники з Кентського університету відкрили універсальну математичну формулу, яка може описати будь-яке пташине яйце, яке існує в природі, чого ніколи раніше не було досягнуто.
Форма яйця вже давно привертає увагу математиків, інженерів і біологів з аналітичної точки зору.
Форму високо цінують за її еволюцію, оскільки вона достатньо велика, щоб інкубувати ембріон, достатньо маленька, щоб вийти з тіла найефективнішим способом, а не котиться після закладки, структурно достатньо міцна, щоб витримати тягар і народити 10,500 XNUMX види, які пережили динозаврів. Яйце називають «ідеальною формою».
Для аналізу всіх форм яйця використовуються чотири геометричні фігури: куля, еліпсоїд, яйцеподібна та грушоподібна (конічна) форма з математичною формулою грушоподібної форми, яку ще не виведено.
Звичайне сприйняття «яйцеподібної» форми — овальна, із загостреним кінцем і тупим кінцем, а найширше місце, найближче до тупого кінця, чимось схоже на куряче яйце. Проте все може бути набагато простіше (наприклад, у випадку з кулястими яйцями, які можна побачити у сов) або набагато складнішими (як у випадку з грушоподібними яйцями, які можна побачити у білки, бекаса та двох найбільших видів пінгвінів). . Дані показують, що форма яйця визначається ще до утворення шкаралупи і за допомогою оболонки, що лежать під ним.
Чому яйце еволюційно має таку форму, на диво мало зрозуміло. Тобто, хоча є деякі попередні дослідження щодо розвитку форми яйця, ми не знаємо, як саме виник цей процес. У цьому контексті найбільшу увагу в цьому дослідженні привертають грушоподібні яйця (включені в це дослідження, щоб зробити формулу універсальною). У звичайних бекасів форма груші є адаптивною ознакою, яка гарантує, що чотири яйця (незмінно) «підходять разом» у гніздо (загостреними краями всередину), щоб забезпечити максимальну інкубаційну площу під матір’ю.
Дослідники вводять додаткову функцію до яйцеподібної формули, розробляючи математичну модель, яка відповідає абсолютно новій геометричній формі, яка характеризується як останній етап еволюції сферичного еліпсоїда, який можна застосувати до будь-якої геометрії яйця.
Ця нова універсальна математична формула форми яйця заснована на чотирьох параметрах: довжині яйця, максимальній ширині, зміщенні вертикальної осі та чверті діаметра яйця.
Ця універсальна формула, яку довго шукали, є значним кроком у розумінні не тільки форми самого яйця, а й того, як і чому воно еволюціонувала, що робить можливим широке біологічне та технологічне застосування.
Математичні описи всіх основних форм яєць вже знайшли застосування в дослідженнях харчових продуктів, машинобудуванні, сільському господарстві, біології, архітектурі та аеронавтиці. Як приклад, цю формулу можна застосувати до інженерної конструкції тонкостінних яйцеподібних посудин, які повинні бути міцнішими за типові сферичні.
Ця нова формула є важливим проривом у багатьох сферах застосування, зокрема:
1. Грамотний науковий опис біологічного об'єкта.
Тепер, коли яйце можна описати математичною формулою, робота в області біологічної систематики, оптимізації технологічних параметрів, інкубації яєць і відбору птиці значно спроститься.
2. Точне і просте визначення фізичних характеристик біологічного об'єкта.
Зовнішні властивості яйця є життєво важливими для дослідників та інженерів, які розробляють технології інкубації, обробки, зберігання та сортування яєць. Існує потреба в простому процесі ідентифікації, використовуючи об’єм яйця, площу, радіус кривизни та інші показники для опису контурів яйця, наданих цією формулою.
3. Майбутня інженерія, натхненна біологією.
Яйце — це природна біологічна система, вивчена для проектування інженерних систем і новітніх технологій. Яйцеподібна геометрична фігура була прийнята в архітектурі, як-от дах лондонського Сіті та хмарочос Mary X, і в будівництві, оскільки вона витримує максимальні навантаження з мінімальною витратою матеріалу, до якої тепер можна легко застосувати цю формулу. .
«Біологічні еволюційні процеси, такі як формування яєць, необхідно вивчати для математичного опису як основи для досліджень в еволюційній біології, як показує ця формула. Ця універсальна формула може бути застосована в ключових дисциплінах, особливо в харчовій промисловості, і послужить поштовхом для подальших досліджень, натхнених яйцем як об’єктом дослідження», – сказав провідний автор дослідження Даррен Гріффін. Професор генетики Кентського університету.
Посилання: «Яйце та математика: введення універсальної формули для форми яйця» Валерія Г. Нарушина, Майкла Н. Романова та Даррена К. Гріфа, 23 серпня 2021 р., Аннали Нью-Йоркської академії наук.
DOI: 10.1111 / няс.14680
Джерело: Ідеальна форма? Дослідження нарешті розкривають стародавнє універсальне рівняння для форми яйця – КЕНТСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Зображення: зображення яєць чотирьох основних форм наступних видів птахів: (А) страусові, круглі; (B) ему, еліптичний; (C) співочі птахи, яйцеподібні; (Г) орел, яйцеподібний; і (E) каррі, грушоподібної форми; з їх теоретичними контурами (на правих графіках). Зображення яєць взяті з Wikimedia Commons. Авторство: Darren Grif et al.
