ปัญหาที่ทำให้งงของการเติบโตตามสัดส่วน

มนุษย์มีน้ำหนักตัวเพิ่มขึ้น 30 เท่าหรือมากกว่านั้นเมื่อโตขึ้นจากทารกจนถึงผู้ใหญ่ สำหรับช้างปัจจัยนั้นใกล้เคียงกับ 100



แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาสำหรับนักชีววิทยา พวกเขารู้ว่าอวัยวะภายในทั้งหมดเติบโตในอัตราที่เกือบเท่ากันทุกประการ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเติบโตตามสัดส่วน แต่ร่างกายจะจัดระเบียบสิ่งนี้อย่างไร?

ในระดับหนึ่งคำตอบนั้นชัดเจน การเจริญเติบโตถูกควบคุมโดยสารควบคุมทางเคมี เช่น ฮอร์โมน โปรโมเตอร์ สารยับยั้ง และอื่นๆ สิ่งเหล่านี้จะถูกควบคุมโดยยีนต่างๆ





แต่นี่ไม่ใช่คำอธิบายที่น่าพอใจอย่างสิ้นเชิง อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารเคมีเหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละเซลล์ เนื่องจากมีโมเลกุลจำนวนค่อนข้างน้อยเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง

หากความผันแปรเหล่านี้เป็นอิสระ ก็จะทำให้เกิดความแปรผันในการเจริญเติบโตทั่วร่างกายมากกว่าที่สังเกตได้ ดังนั้นหลักการจัดระเบียบอื่น ๆ จึงต้องอยู่ในที่ทำงาน

วันนี้ Tridib Sadhu ที่สถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ในอิสราเอลและ Deepak Dhar จากสถาบัน Tata Institute of Fundamental Research ในเมืองมุมไบ ประเทศอินเดีย ได้เสนอแนวคิดที่น่าสนใจ



พวกเขาชี้ให้เห็นว่าการเติบโตตามสัดส่วนอาจเป็นตัวอย่างของการจัดระเบียบตนเอง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระบบธรรมชาติจำนวนมาก พวกเขาแสดงให้เห็นต่อไปว่าการจัดระเบียบตนเองแบบใดแบบหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อกองทรายโตขึ้นมีคุณสมบัติที่จำเป็นในการอธิบายการเติบโตตามสัดส่วน

Sadhu และ Dhar ศึกษาการเติบโตของกองทรายชนิดหนึ่งที่เรียกว่าแบบจำลองกองทรายอาเบเลียน ประกอบด้วยตารางสี่เหลี่ยมของไซต์ 'กองทราย' ซึ่งแต่ละแห่งสามารถบรรจุเมล็ดพืชได้ถึงสามเม็ด การเพิ่มเมล็ดพืชที่สี่ทำให้เกิดหิมะถล่มซึ่งเมล็ดพืชทั้งสี่นั้นถูกแจกจ่ายไปยังพื้นที่ใกล้เคียงสี่แห่ง

แบบจำลองดำเนินไปตามขั้นตอนของเวลาที่เพิ่มเกรนเดียวลงในไซต์เฉพาะและหิมะถล่มที่เป็นผลลัพธ์อนุญาตให้เรียกใช้หลักสูตรได้

สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับโมเดลนี้คือหลังจากผ่านไปหลายพันขั้นตอน รูปแบบสมมาตรที่ซับซ้อนก็ปรากฏขึ้น ภาพด้านบนแสดงรูปแบบดังกล่าวหลังจากผ่านไป 50,000, 200,000 และ 400,000 ขั้นตอน



เป็นไวรัสที่ชะลอตัวลง

รูปร่างที่แน่นอนของลวดลายและความสมมาตรนั้นขึ้นอยู่กับการกระจายของเกรนที่จุดเริ่มต้น แต่ลวดลายทั้งหมดมีคุณสมบัติที่โดดเด่นเหมือนกัน ลวดลายประกอบด้วยโครงสร้างขนาดใหญ่ที่แยกแยะได้และมีขอบเขตที่แหลมคม ซึ่งทั้งหมดเติบโตในอัตราเดียวกัน ทำให้รูปร่างโดยรวมไม่เปลี่ยนแปลง Sadhu และ Dhar กล่าว นั่นคือการเติบโตตามสัดส่วน ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่นักชีววิทยาต้องการเข้าใจอย่างแท้จริง

เป็นไปได้ไหมว่ากองทรายและอวัยวะต่างก็ใช้หลักการพื้นฐานเดียวกันของการจัดระเบียบตนเองเมื่อเติบโตขึ้น?

Sadhu และ Dhar กล่าวว่ามันง่ายที่จะจินตนาการว่าอวัยวะต่างๆ จะเติบโตในลักษณะเดียวกันได้อย่างไร เนื่องจากท้ายที่สุดแล้วการแบ่งเซลล์จะถูกควบคุมโดยทรัพยากรภายนอก เช่น อาหารและแหล่งพลังงาน โมเดลของเราคำนึงถึงปรากฏการณ์พื้นฐานที่กระบวนการแบ่งเซลล์ทำงานภายใต้เงื่อนไขเกณฑ์บางประการ กล่าวคือ จะไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะมีทรัพยากรเพียงพอ

ในแง่นั้น กองทรายและการเติบโตของอวัยวะมีความคล้ายคลึงกัน แต่ก็มีความคล้ายคลึงกันที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งเช่นกัน

ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของการเติบโตตามสัดส่วนทางชีววิทยาคือ ทนทานต่อเสียงรบกวนจากภายนอกได้อย่างน่าทึ่ง Sadhu และ Dhar เพิ่มสัญญาณรบกวนประเภทต่างๆ ลงในแบบจำลองกองทราย และกล่าวว่ามีความแข็งแกร่งอย่างน่าทึ่งสำหรับการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มเล็กๆ น้อยๆ ในบริเวณที่มีการเพิ่มธัญพืชและเสียงรบกวนในการกระจายเมล็ดธัญพืชในขั้นต้น อย่างไรก็ตาม กฎเกณฑ์ต่าง ๆ ที่ควบคุมวิธีการแจกจ่ายธัญพืชในแต่ละขั้นตอนนั้นไม่แข็งแกร่ง

คุณสมบัติที่น่าสนใจอีกประการของแบบจำลองกองทรายคือความสมมาตรที่ปรากฎ บางทีทิศทางเดียวสำหรับงานในอนาคตอาจเป็นการเชื่อมโยงสิ่งนี้กับการเกิดขึ้นของสมมาตรทวิภาคีในชีววิทยา เมื่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเติบโต พวกมันจะคงความสมมาตรนี้ไว้ภายในไม่กี่เปอร์เซ็นต์ บางทีกองทรายอาจแบบจำลองอธิบายเรื่องนี้ด้วย

แต่ตัวแบบก็มีข้อจำกัดที่ร้ายแรงเช่นกัน Sadhu และ Dhar มีความคิดที่มีแนวโน้มดีอยู่แล้ว แต่พวกเขาจะต้องทำงานให้หนักขึ้นเพื่อโน้มน้าวนักชีววิทยาว่าควรค่าแก่การใฝ่หา ความจริงที่ว่ากระบวนการหนึ่งมีความคล้ายคลึงกันเพียงผิวเผินกับกระบวนการอื่นไม่ถือเป็นการพิสูจน์หรือแม้แต่ทฤษฎีของสิ่งใด

กระบวนการของวิทยาศาสตร์ต้องการการคาดคะเนที่ทดสอบได้ ซึ่งทำให้ทฤษฎีสามารถปลอมแปลงได้ สิ่งที่คนเหล่านี้ต้องทำในตอนนี้คือพัฒนาวิธีทดสอบแบบจำลองของพวกเขาในภาคสนามกับข้อมูลจริง ก่อนหน้านั้น มันเป็นมากกว่าความอยากรู้เพียงเล็กน้อย

อ้างอิง: arxiv.org/abs/1207.3076 : การสร้างแบบจำลองการเติบโตตามสัดส่วน

ซ่อน

เทคโนโลยีจริง

หมวดหมู่

Uncategorized

เทคโนโลยี

เทคโนโลยีชีวภาพ

นโยบายด้านเทคนิค

อากาศเปลี่ยนแปลง

นโยบายทางเทคนิค

มนุษย์และเทคโนโลยี

หุบเขาซิลิคอน

คอมพิวเตอร์

นิตยสาร Mit News

ปัญญาประดิษฐ์

ช่องว่าง

เมืองอัจฉริยะ

บล็อกเชน

สารคดีเรื่อง

ประวัติศิษย์เก่า

การเชื่อมต่อศิษย์เก่า

ฟีเจอร์ข่าว Mit

พ.ศ. 2408

มุมมองของฉัน

77 Mass Ave

พบกับผู้เขียน

โปรไฟล์ในความเอื้ออาทร

เห็นในวิทยาเขต

จดหมายศิษย์เก่า

ข่าว

การเลือกตั้งปี 2020

ด้วยดัชนี

ภายใต้โดม

นิตยสารข่าว Mit

ท่อดับเพลิง

เรื่องราวที่ไม่มีที่สิ้นสุด

โครงการเทคโนโลยีการแพร่ระบาด

จากท่านประธาน

ปกเรื่อง

แกลเลอรี่ภาพ

แนะนำ