Jak jabłka uzyskują swój kształt?

Udostępnij

Artykuł na ten temat został opublikowany w “Nature Physics” (https://www.nature.com/articles/s41567-021-01335-8#Sec10).

Jabłka należą do najstarszych i najbardziej rozpoznawalnych owoców na świecie. Ich kształt zna każdy, jednak nikt dotychczas nie wiedział, z czego on wynika. Dlaczego, choć cały owoc przypomina kulę, w jego górnej części – tam, gdzie łączy się z łodygą – zawsze tworzy się mały dołek?

„Kształty biologiczne są często wyznaczane przez obecność struktur, które służą jako punkty centralne – tłumaczy prof. L. Mahadevan z Uniwersytetu Harvarda, starszy autor badania. – Punkty te mogą czasami przybierać formę osobliwości, w których zlokalizowane są różne deformacje. Dobrym przykładem jest właśnie wierzchołek jabłka, posiadający charakterystyczny dołek, w którym łodyga styka się z owocem”.

Mahadevan już wcześniej opracował prostą teorię wyjaśniającą formę i mechanizm wzrostu jabłek, jednak prawdziwym przełomem w tej kwestii był moment, gdy naukowiec połączył obserwacje prawdziwych owoców – na różnych etapach rozwoju – z symulującymi ten rozwój eksperymentami w żelu oraz obliczeniami matematycznymi.

Wraz z zespołem rozpoczął od zebrania jabłek (na różnych etapach wzrostu) z sadu w Cambridge w Wielkiej Brytanii. W oparciu o analizę ich budowy naukowcy zmapowali następnie wzrost dołka na wierzchołku owocu w czasie.

Aby zrozumieć ewolucję kształtu jabłka, a zwłaszcza owego wierzchołka, badacze skorzystali ze znanej teorii matematycznej, zwanej teorią osobliwości. Jest ona używana do opisu wielu różnych zjawisk zachodzących we wszechświecie – od czarnych dziur po bardziej przyziemne przykłady, takie jak wzory światła na dnie basenu, załamywanie się kropel i propagacja pęknięć.

„Ekscytujące w osobliwościach jest to, że są uniwersalne” – mówi dr Thomas Michaels, współautor omawianej pracy. – “Wierzchołek jabłka nie ma przecież nic wspólnego z jasnymi wzorami na dnie basenu czy kroplą odrywającą się od słupa wody, a mimo to przyjmuje taki sam kształt, jak one. Ta uniwersalność jest bardzo głęboka i – jak się okazuje – bardzo przydatna, ponieważ łączy pojedyncze zjawiska obserwowane w bardzo różnych układach fizycznych”.

Opierając się na wspomnianej teorii naukowcy wykorzystali symulację numeryczną, aby zrozumieć, w jaki sposób zróżnicowany wzrost między miąższem owocu a jego rdzeniem wpływa na formowanie się wierzchołka. Następnie potwierdzili te symulacje eksperymentami, które dzięki pęczniejącemu w czasie żelowi naśladowały wzrost owocu. Eksperymenty wykazały, że to różnice w szybkości wzrostu pomiędzy miąższem jabłka a miejscem przy łodydze skutkowały powstaniem charakterystycznego dołeczka.

„Morfogeneza, czyli dosłownie pochodzenie kształtu, jest jedną z największych zagadek w biologii – podsumowuje Mahadevan. – Kształt zwykłego jabłka pozwolił nam zbadać pewne fizyczne aspekty osobliwości biologicznej. Oczywiście teraz musimy zrozumieć mechanizmy molekularne i komórkowe, które stoją za formowaniem się wierzchołka owocu, jednak jest to cenny krok w kierunku stworzenia teorii kształtów biologicznych”.

Katarzyna Czechowicz

kap/ zan/

Źródło:PAP

Zobacz

Eksperci: skutki inflacji w wielu krajach UE najdotkliwiej odczuwają najubożsi

Skutki inflacji w wielu państwach UE najdotkliwiej odczuwają najubożsi, ta część społeczeństwa narażona jest też na dalszy wzrost cen, zwłaszcza energii - uważają eksperci Polskiego Instytutu Ekonomicznego.

GDDKiA do końca wakacji planuje podpisać aneksy podnoszące waloryzację umów

Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad (GDDKiA) planuje do końca wakacji podpisać z wykonawcami aneksy podwyższające limit waloryzacji kontraktów do 10 proc. - poinformował PAP rzecznik GDDKiA Szymon Piechowiak.
- Reklama -