Elmélettel, numerikus szimulációkkal és labor kísérletekkel a Londoni Egyetem és a Harvard kutatói vezette csapat először mutatta be, hogy az almák hogyan szerzik különböző alakjukat.

 A Nature Physics magazinban publikált új tanulmány megvizsgálta az alma alakját, különösen a tetején lévő gödröcskét, vagy hegyes csúcsokat, ahol a szár nő. A tanulmány az alma alakját egy régóta fennálló matematikai teóriával, a szingularitás elmélettel írja le, amit olyan jelenségek megértéséhez használnak, ahol bizonyos tulajdonságok végtelenek, a fekete lyukaktól a földben lévő lévő repedésekig, a húr darabokig.

A kutatók igazolták, hogy az alma hegyes csúcsa – a görbe, ami lemegy a szár felé, aztán felfelé emelkedik vissza a másik oldalon – egy szingularitás, ugyanazt a 2D-s alakot mutatva, mint egy vízoszlopról leszakadó vízcseppecske, egy úszó medencében lévő fénymintázat, vagy mint kádban lévő víz, ahogy elfolyik a lefolyón.

A szingularitások univerzálisak. Az alma hegyes csúcsa, az medence fénymintázata és a vízoszlopról leszakadó vízcsepp között nincs semmi közös, mégis ugyanazt az alakot veszik fel. Az univerzalitás fogalma nagyon mélyre megy és nagyon hasznos lehet, mert összekapcsolja a különböző fizikai rendszerekben vizsgált egyedülálló jelenségeket, mondja Dr. Thomas Michaels, társszerző, Londoni Egyetem fizikusa.Forrás: https://www.ucl.ac.uk/news/2021/oct/how-apples-get-their-shapes

 

A szingularitások univerzálisak. Az alma hegyes csúcsa, az medence fénymintázata és a vízoszlopról leszakadó vízcsepp között nincs semmi közös, mégis ugyanazt az alakot veszik fel. Az univerzalitás fogalma nagyon mélyre megy és nagyon hasznos lehet, mert összekapcsolja a különböző fizikai rendszerekben vizsgált egyedülálló jelenségeket, mondja Dr. Thomas Michaels, társszerző, Londoni Egyetem fizikusa.

A kutató csapat azzal kezdte, hogy különböző növekedési stádiumban lévő almákat gyűjtött egy gyümölcskertből. Az almákat félbe vágták és nyomon követték a gödröcske, vagy hegyes csúcs növekedését. Ebből a teortikus keretmunkából építkezve a kutatók numerikus szimulációt használtak annak megértésére, hogy a gyümölcskéreg és a mag közötti növekedési különbség miként ösztönzi a csúcs kialakulását. Aztán olyan kísérletekkel támasztották alá a szimulációkat, amelyek az idők folyamán megduzzadó gél használatával az almák növekedését utánozták. A kísérletek azt mutatták, hogy az alma nagyobb része és a kocsány régiója közti különböző növekedési ráták gödröcskeszerű hegyes csúcsokat eredményeznek.

A biológiai alakok gyakran olyan struktúrák jelenléte által szerveződnek, amik fókuszpontokként szolgálnak. Ezek a fókuszpontok szingularitásokat képeznek, ahol a deformációk lokalizálódnak. Minden almát egy hegyes csúcs jellemez, a belső gödröcske, ahol a kocsány a gyümölccsel találkozik. – mondja L Mahadevan, a Harvard fizika professzora, a tanulmány egyik szerzője.

almaForrás: https://www.ucl.ac.uk/news/2021/oct/how-apples-get-their-shapes

A gél geometriájának és kompozíciójának módosítása megmutatta hogy formálódnak többszörös hegyes csúcsok, ahogy bizonyos almákban és más csonthéjas gyümölcsökben láthatók, mint például az őszibarackok, sárgabarackok, cseresznyék és szilvák.

A csapat azt találta, hogy az alap gyümölcs anatómia a mechanikai instabilitással együttes szerepet játszhat abban, hogy többszörös hegyes csúcsok keletkezzenek a gyümölcsökben.

A morfogenezis, az alak eredete, a biológia egyik nagy kérdése. Az egyszerű alma alakja lehetővé teszi, hogy egy biológiai szingularitás bizonyos fizikai aspektusait szondázzuk. Persze, meg kell értenünk a miolekuláris és celluláris mechanizmusokat a hegyes csúcsok alakulása mögött, ahogy lassan haladunk a biológiai alak egy átfogóbb teóriája felé. - mondja Mahadevan professzor.

(Forrás: University College London)