A Bird’s Eye View of Nature’s Hidden Order

Πριν από επτά χρόνια, ο Τζο Κόρμπο κοίταξε στα μάτια ενός κοτόπουλου και είδε κάτι εκπληκτικό. Τα ευαίσθητα στο χρώμα κωνικά κύτταρα που κάλυπταν τον αμφιβληστροειδή (αποσπάστηκαν από το πτηνό και τοποθετήθηκαν κάτω από μικροσκόπιο) εμφανίστηκαν ως πουά πέντε διαφορετικών χρωμάτων και μεγεθών. Αλλά ο Κόρμπο παρατήρησε ότι, σε αντίθεση με τους τυχαία διασκορπισμένους κώνους στα ανθρώπινα μάτια ή τις τακτοποιημένες σειρές κώνων στα μάτια πολλών ψαριών, οι κώνοι του κοτόπουλου είχαν μια τυχαία και ωστόσο εξαιρετικά ομοιόμορφη κατανομή. Οι τοποθεσίες των κουκκίδων δεν ακολουθούσαν κανέναν διακριτό κανόνα, και όμως οι κουκκίδες δεν εμφανίζονταν ποτέ πολύ κοντά ή πολύ μακριά η μία από την άλλη. Κάθε ένα από τα πέντε διάσπαρτα σετ κώνων, και όλα μαζί, παρουσίαζαν αυτό το ίδιο συναρπαστικό μείγμα τυχαίας και κανονικότητας. Ο Κόρμπο, ο οποίος διευθύνει ένα εργαστήριο βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, ήταν κολλημένος.

«Είναι εξαιρετικά όμορφο να βλέπεις αυτά τα μοτίβα», είπε. «Ήμασταν κάπως αιχμάλωτοι από την ομορφιά και είχαμε, καθαρά από περιέργεια, την επιθυμία να κατανοήσουμε καλύτερα τα μοτίβα». Αυτός και οι συνεργάτες του ήλπιζαν επίσης να καταλάβουν τη λειτουργία των προτύπων και τον τρόπο δημιουργίας τους. Τότε δεν ήξερε ότι αυτές οι ίδιες ερωτήσεις τέθηκαν σε πολλά άλλα πλαίσια ή ότι είχε βρει την πρώτη βιολογική εκδήλωση ενός τύπου κρυφής τάξης που έχει επίσης εμφανιστεί σε όλα τα μαθηματικά και τη φυσική.

Ο Κόρμπο ήξερε ότι ό,τι κι αν κάνουν οι αμφιβληστροειδής πουλιών είναι πιθανότατα αυτό που πρέπει να κάνει. Η όραση των πτηνών λειτουργεί θεαματικά καλά (επιτρέποντας στους αετούς, για παράδειγμα, να εντοπίζουν ποντίκια από ένα μίλι ψηλά) και το εργαστήριό του μελετά τις εξελικτικές προσαρμογές που το κάνουν αυτό. Πολλά από αυτά τα χαρακτηριστικά πιστεύεται ότι μεταβιβάστηκαν στα πουλιά από ένα πλάσμα που μοιάζει με σαύρα, το οποίο, πριν από 300 εκατομμύρια χρόνια, γέννησε τόσο τους δεινόσαυρους όσο και τα πρωτοθηλαστικά. Ενώ οι πρόγονοι των πουλιών, οι Ντίνος, κυβέρνησαν την πλανητική φωλιά, οι συγγενείς των θηλαστικών μας έτρεχαν γύρω στο σκοτάδι, φοβερά νυχτερινοί και σταδιακά χάνοντας τις χρωματικές διακρίσεις. Οι τύποι κώνων των θηλαστικών μειώθηκαν σε δύο - ένα ναδίρ από το οποίο συνεχίζουμε να σκαρφαλώνουμε πίσω. Πριν από περίπου 30 εκατομμύρια χρόνια, ένας από τους κώνους των προγόνων μας των πρωτευόντων χωρίστηκε σε δύο - ανίχνευσης κόκκινου και πράσινου - που, μαζί με τον υπάρχοντα κώνο ανίχνευσης μπλε, μας δίνουν τριχρωματική όραση. Αλλά οι κώνοι μας, ιδιαίτερα οι νεότεροι κόκκινοι και πράσινοι, έχουν μια αθόρυβη, διάσπαρτη κατανομή και το δείγμα φωτός ανομοιόμορφα.

Τα μάτια των πουλιών είχαν περισσότερους αιώνες για βελτιστοποίηση. Μαζί με τον υψηλότερο αριθμό κώνων τους, επιτυγχάνουν πολύ πιο κανονική απόσταση μεταξύ των κυττάρων. Αλλά γιατί, αναρωτήθηκαν ο Κόρμπο και οι συνάδελφοί του, η εξέλιξη δεν είχε επιλέξει την τέλεια κανονικότητα ενός πλέγματος ή μιας «πλέγμα» διανομής κώνων; Το περίεργο, μη κατηγοριοποιήσιμο μοτίβο που παρατήρησαν στον αμφιβληστροειδή, κατά πάσα πιθανότητα, βελτιστοποιούσε κάποιο άγνωστο σύνολο περιορισμών. Τι ήταν αυτά, ποιο ήταν το σχέδιο και πώς το πέτυχε το οπτικό σύστημα των πτηνών παρέμεινε ασαφές. Οι βιολόγοι έκαναν ό,τι μπορούσαν για να ποσοτικοποιήσουν την κανονικότητα στον αμφιβληστροειδή, αλλά αυτό ήταν άγνωστο έδαφος και χρειάζονταν βοήθεια. Το 2012, ο Κόρμπο επικοινώνησε με τον Σαλβατόρε Τορκουάτο, καθηγητή θεωρητικής χημείας στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον και διάσημο ειδικό σε έναν κλάδο γνωστό ως «πακετάρισμα». Τα προβλήματα συσκευασίας ρωτούν για τον πιο πυκνό τρόπο συσκευασίας αντικειμένων (όπως κωνικά κύτταρα πέντε διαφορετικών μεγεθών) σε δεδομένο αριθμό διαστάσεων (στην περίπτωση αμφιβληστροειδούς, δύο). «Ήθελα να ασχοληθώ με αυτό το ερώτημα εάν ένα τέτοιο σύστημα ήταν ιδανικά γεμάτο», είπε ο Corbo. Ενδιαφερόμενος, ο Torquato έτρεξε μερικούς αλγόριθμους σε ψηφιακές εικόνες των μοτίβων του αμφιβληστροειδούς και «έκπληκτος», θυμάται ο Corbo, «βλέποντας το ίδιο φαινόμενο να συμβαίνει σε αυτά τα συστήματα όπως είχαν δει σε πολλά ανόργανα ή φυσικά συστήματα».>

Ο Torquato μελετούσε αυτή την κρυφή τάξη από τις αρχές της δεκαετίας του 2000, όταν την ονόμασε «υπερομοιομορφία». (Αυτός ο όρος έχει κερδίσει σε μεγάλο βαθμό την «υπερομοιογένεια», που επινοήθηκε περίπου την ίδια εποχή από τον Joel Lebowitz του Πανεπιστημίου Rutgers.) Έκτοτε, εμφανίστηκε σε μια ταχέως αναπτυσσόμενη οικογένεια συστημάτων. Πέρα από τα μάτια των πουλιών, η υπερομοιομορφία βρίσκεται σε υλικά που ονομάζονται οιονεί κρύσταλλοι, καθώς και σε μαθηματικούς πίνακες γεμάτους τυχαίους αριθμούς, τη μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος, κβαντικά σύνολα και συστήματα μαλακής ύλης όπως γαλακτώματα και κολλοειδή.

Οι επιστήμονες σχεδόν πάντα εκπλήσσονται όταν εμφανίζεται σε νέα μέρη, σαν να παίζουν με το σύμπαν. Εξακολουθούν να ψάχνουν για μια ενοποιητική ιδέα που βασίζεται σε αυτά τα περιστατικά. Στη διαδικασία, ανακάλυψαν νέες ιδιότητες υπερομοιόμορφων υλικών που θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμες τεχνολογικά.

Από μαθηματική σκοπιά, «όσο περισσότερο το μελετάτε, τόσο πιο κομψό και εννοιολογικά συναρπαστικό φαίνεται», είπε ο Henry Cohn, μαθηματικός και ειδικός στη συσκευασία στο Microsoft Research New England, αναφερόμενος στην υπερομοιομορφία. "Από την άλλη πλευρά, αυτό που με εκπλήσσει σε αυτό είναι το πιθανό εύρος των εφαρμογών του."

Μυστική εντολή

Ο Torquato και ένας συνάδελφός του ξεκίνησαν τη μελέτη της υπερομοιομορφίας πριν από 13 χρόνια, περιγράφοντάς την θεωρητικά και εντοπίζοντας ένα απλό αλλά εκπληκτικό παράδειγμα:«Παίρνεις μάρμαρα, τα βάζεις σε ένα δοχείο, τα ανακινείς μέχρι να μπλοκάρουν», είπε ο Torquato στο Πρίνστον του. γραφείο αυτή την άνοιξη. "Αυτό το σύστημα είναι υπερομοιόμορφο."

Τα μάρμαρα εμπίπτουν σε μια διάταξη, που τεχνικά ονομάζεται «μέγιστα τυχαία μπλοκαρισμένη συσκευασία», στην οποία γεμίζουν το 64 τοις εκατό του χώρου. (Το υπόλοιπο είναι άδειος αέρας.) Αυτό είναι λιγότερο από ό,τι στην πιο πυκνή δυνατή διάταξη των σφαιρών - το πλέγμα που χρησιμοποιείται για τη στοίβαξη πορτοκαλιών σε ένα κλουβί, το οποίο καλύπτει το 74 τοις εκατό του χώρου. Αλλά οι συσκευασίες πλέγματος δεν είναι πάντα δυνατό να επιτευχθούν. Δεν μπορείτε εύκολα να ανακινήσετε ένα κουτί μάρμαρα σε μια κρυστάλλινη διάταξη. Ούτε μπορείτε να σχηματίσετε ένα πλέγμα, εξήγησε ο Torquato, τοποθετώντας αντικείμενα πέντε διαφορετικών μεγεθών, όπως οι κώνοι στα μάτια του κοτόπουλου.

Ως βάση για κώνους, σκεφτείτε τα κέρματα σε ένα τραπέζι. «Αν παίρνετε πένες και προσπαθείτε να συμπιέσετε τις πένες, οι πένες θέλουν να μπουν στο τριγωνικό πλέγμα», είπε ο Τορκουάτο. Αλλά ρίξτε μερικά νίκελ με τις πένες, και «αυτό το εμποδίζει να κρυσταλλώσει. Τώρα, αν έχετε πέντε διαφορετικά εξαρτήματα - ρίξτε στα τέταρτα, ρίξτε σε δεκάρες, οτιδήποτε - αυτό εμποδίζει την κρυστάλλωση ακόμη περισσότερο.» Ομοίως, η γεωμετρία απαιτεί τα κύτταρα κώνου πτηνών να είναι διαταραγμένα. Αλλά υπάρχει μια ανταγωνιστική εξελικτική απαίτηση για τον αμφιβληστροειδή να κάνει δείγμα φωτός όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφα, με μπλε κώνους τοποθετημένους μακριά από άλλους μπλε κώνους, κόκκινους μακριά από άλλους κόκκινους κ.λπ. Εξισορροπώντας αυτούς τους περιορισμούς, το σύστημα «συμβιβάζεται με διαταραγμένη υπερομοιομορφία», είπε ο Torquato.

Η υπερομοιομορφία δίνει στα πουλιά το καλύτερο και των δύο κόσμων:Πέντε τύποι κώνων, διατεταγμένοι σε σχεδόν ομοιόμορφα μωσαϊκά, παρέχουν εκπληκτική χρωματική ανάλυση. Αλλά είναι μια «κρυφή σειρά που πραγματικά δεν μπορείς να εντοπίσεις με το μάτι σου», είπε.

Ο προσδιορισμός του αν ένα σύστημα είναι υπερομοιόμορφο απαιτεί αλγόριθμους που λειτουργούν μάλλον σαν ένα παιχνίδι ρίψης ring. Πρώτα, είπε ο Torquato, φανταστείτε να πετάτε επανειλημμένα ένα δαχτυλίδι σε ένα τακτοποιημένο πλέγμα κουκκίδων και κάθε φορά που προσγειώνεται, μετρώντας τον αριθμό των κουκκίδων μέσα στο δαχτυλίδι. Ο αριθμός των κουκκίδων που καταγράφονται κυμαίνεται από το ένα κουδούνισμα στο άλλο — αλλά όχι πολύ. Αυτό συμβαίνει επειδή το εσωτερικό του δακτυλίου καλύπτει πάντα ένα σταθερό μπλοκ κουκκίδων. η μόνη διακύμανση στον αριθμό των σημείων που καταγράφονται συμβαίνει κατά μήκος της περιμέτρου του δακτυλίου. Εάν αυξήσετε το μέγεθος του δαχτυλιδιού, θα έχετε διακύμανση κατά μήκος μεγαλύτερης περιμέτρου. Και έτσι με ένα πλέγμα, η διακύμανση στον αριθμό των σημείων που καταγράφονται (ή "διακυμάνσεις πυκνότητας" στο πλέγμα) αυξάνεται ανάλογα με το μήκος της περιμέτρου του δακτυλίου. (Σε υψηλότερες χωρικές διαστάσεις, οι διακυμάνσεις της πυκνότητας κλιμακώνονται επίσης ανάλογα με τον αριθμό των διαστάσεων μείον ένα.)

Τώρα φανταστείτε να παίζετε ring toss με μια σειρά από ασύνδετες κουκκίδες — μια τυχαία κατανομή, που χαρακτηρίζεται από κενά και συμπλέγματα. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της τυχαιότητας είναι ότι, καθώς μεγαλώνετε το δαχτυλίδι, η διακύμανση στον αριθμό των σημείων που καταγράφονται κλιμακώνεται σε αναλογία με την περιοχή του δακτυλίου και όχι την περίμετρό του. Το αποτέλεσμα είναι ότι σε μεγάλες κλίμακες, οι διακυμάνσεις της πυκνότητας μεταξύ των ρίψεων δακτυλίου σε μια τυχαία κατανομή είναι πολύ πιο ακραίες από ό,τι σε ένα πλέγμα.

Το παιχνίδι αποκτά ενδιαφέρον όταν περιλαμβάνει υπερομοιόμορφες διανομές. Οι κουκκίδες είναι τοπικά διαταραγμένες, επομένως για μικρά μεγέθη δακτυλίου, ο αριθμός των κουκκίδων που συλλαμβάνονται κυμαίνεται από τη μία ρίψη στην επόμενη περισσότερο από ό,τι σε ένα πλέγμα. Αλλά καθώς μεγαλώνετε το δαχτυλίδι, οι διακυμάνσεις της πυκνότητας αρχίζουν να αυξάνονται ανάλογα με την περίμετρο του δακτυλίου και όχι την περιοχή του. Αυτό σημαίνει ότι η μεγάλης κλίμακας πυκνότητα της κατανομής είναι εξίσου ομοιόμορφη με αυτή ενός πλέγματος.

Μεταξύ των υπερομοιόμορφων συστημάτων, οι ερευνητές βρήκαν μια περαιτέρω «ζωολογία δομών», είπε ο φυσικός του Πρίνστον, Paul Steinhardt. Σε αυτά τα συστήματα, η αύξηση των διακυμάνσεων της πυκνότητας εξαρτάται από διαφορετικές δυνάμεις (μεταξύ ενός και δύο) της περιμέτρου του δακτυλίου, πολλαπλασιαζόμενες με διαφορετικούς συντελεστές.

"Τι σημαίνουν όλα αυτά?" είπε ο Τορκουάτο. «Δεν ξέρουμε. Εξελίσσεται. Βγαίνουν πολλά χαρτιά.”

Material Managerie

Η υπερομοιομορφία είναι ξεκάθαρα μια κατάσταση στην οποία συγκλίνουν διάφορα συστήματα, αλλά η εξήγηση για την καθολικότητά της είναι ένα έργο σε εξέλιξη. «Βλέπω την υπερομοιομορφία ως βασικά χαρακτηριστικό γνώρισμα βαθύτερων διαδικασιών βελτιστοποίησης κάποιου είδους», είπε ο Cohn. Αλλά το τι είναι αυτές οι διαδικασίες «μπορεί να διαφέρει πολύ μεταξύ διαφορετικών προβλημάτων».

Τα υπερομοιόμορφα συστήματα χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες. Εκείνοι της πρώτης κατηγορίας, όπως οι οιονεί κρύσταλλοι - παράξενα στερεά των οποίων τα συμπλεκόμενα άτομα δεν ακολουθούν επαναλαμβανόμενο σχέδιο, αλλά ο χώρος - φαίνεται να είναι υπερομοιόμορφοι όταν φτάσουν στην ισορροπία, τη σταθερή διαμόρφωση στην οποία τα σωματίδια εγκαθίστανται από μόνα τους. Σε αυτά τα συστήματα ισορροπίας, είναι αμοιβαία απωθημένα μεταξύ των σωματιδίων που τα χωρίζουν και προκαλούν την παγκόσμια υπερομοιομορφία. Παρόμοια μαθηματικά μπορεί να εξηγήσουν την εμφάνιση της υπερομοιομορφίας στα μάτια των πτηνών, την κατανομή των ιδιοτιμών των τυχαίων πινάκων και τα μηδενικά της συνάρτησης ζήτα Riemann - ξαδέρφια των πρώτων αριθμών.

Η άλλη τάξη δεν είναι τόσο καλά κατανοητή. Σε αυτά τα συστήματα «μη ισορροπίας», τα οποία περιλαμβάνουν ανακινούμενα μάρμαρα, γαλακτώματα, κολλοειδή και σύνολα ψυχρών ατόμων, τα σωματίδια προσκρούουν το ένα στο άλλο αλλά κατά τα άλλα δεν ασκούν αμοιβαίες δυνάμεις. Πρέπει να εφαρμοστούν εξωτερικές δυνάμεις στα συστήματα για να τα οδηγήσουν σε μια υπερομοιόμορφη κατάσταση. Εντός της κατηγορίας της μη ισορροπίας, υπάρχουν περαιτέρω, δυσεπίλυτες διαιρέσεις. Το περασμένο φθινόπωρο, φυσικοί με επικεφαλής τον Denis Bartolo της École Normale Supérieure στη Λυών της Γαλλίας, αναφέρθηκαν στο Physical Review Letters ότι η υπερομοιομορφία μπορεί να προκληθεί στα γαλακτώματα με τη μείωση τους στο ακριβές πλάτος που σηματοδοτεί τη μετάβαση μεταξύ αναστρεψιμότητας και μη αναστρεψιμότητας στο υλικό:Όταν σβήνονται πιο ήπια από αυτό το κρίσιμο πλάτος, τα σωματίδια που αιωρούνται στο γαλάκτωμα επιστρέφουν στις προηγούμενες σχετικές θέσεις τους μετά από κάθε ύφεση; όταν γλιστρούν πιο δυνατά, οι κινήσεις των σωματιδίων δεν αντιστρέφονται. Το έργο του Bartolo προτείνει μια θεμελιώδη (αν και όχι πλήρως διαμορφωμένη) σύνδεση μεταξύ της έναρξης της αναστρεψιμότητας και της εμφάνισης της υπερομοιομορφίας σε τέτοια συστήματα μη ισορροπίας. Εν τω μεταξύ, τα εξαιρετικά τυχαία μπλοκαρισμένα πακέτα είναι μια εντελώς διαφορετική ιστορία. «Μπορούμε να συνδέσουμε τις δύο φυσικές;» είπε ο Μπαρτόλο. "Οχι. Καθόλου. Δεν έχουμε απολύτως καμία ιδέα γιατί η υπερομοιομορφία εμφανίζεται σε αυτά τα δύο πολύ διαφορετικά σύνολα φυσικών συστημάτων."

Καθώς προσπαθούν να συνδέσουν αυτά τα νήματα, οι επιστήμονες αντιμετώπισαν επίσης εκπληκτικές ιδιότητες υπερομοιόμορφων υλικών - συμπεριφορές που συνήθως συνδέονται με κρυστάλλους, αλλά είναι λιγότερο επιρρεπείς σε σφάλματα κατασκευής, περισσότερο σαν ιδιότητες του γυαλιού και άλλων μη συσχετισμένων διαταραγμένων μέσων. Σε ένα άρθρο που αναμένεται να δημοσιευτεί αυτή την εβδομάδα στο Optica , Γάλλοι φυσικοί με επικεφαλής τον Rémi Carminati αναφέρουν ότι τα πυκνά υπερομοιόμορφα υλικά μπορούν να γίνουν διαφανή, ενώ τα μη συσχετισμένα άτακτα υλικά με την ίδια πυκνότητα θα ήταν αδιαφανή. Η κρυφή σειρά στις σχετικές θέσεις των σωματιδίων αναγκάζει το διάσπαρτο φως τους να παρεμβάλλεται και να ακυρώνεται. «Οι παρεμβολές καταστρέφουν τη διασπορά», εξήγησε ο Carminati. «Το φως περνάει, σαν το υλικό να ήταν ομοιογενές». Είναι πολύ νωρίς για να γνωρίζουμε σε τι μπορεί να είναι χρήσιμα τα πυκνά, διαφανή, μη κρυσταλλικά υλικά, είπε ο Carminati, αλλά «υπάρχουν σίγουρα πιθανές εφαρμογές», ιδιαίτερα στη φωτονική.

Και το πρόσφατο εύρημα του Bartolo σχετικά με το πώς δημιουργείται η υπερομοιομορφία στα γαλακτώματα μεταφράζεται σε μια εύκολη συνταγή για την ανάδευση του σκυροδέματος, των καλλυντικών κρέμων, του γυαλιού και των τροφίμων. «Όποτε θέλετε να διασκορπίσετε σωματίδια μέσα σε μια πάστα, πρέπει να αντιμετωπίσετε ένα πρόβλημα σκληρής ανάμειξης», είπε. «Αυτός θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος διασποράς στερεών σωματιδίων με πολύ ομοιόμορφο τρόπο». Πρώτα, προσδιορίζετε το χαρακτηριστικό πλάτος ενός υλικού, μετά το οδηγείτε σε αυτό το πλάτος μερικές δεκάδες φορές και εμφανίζεται μια ομοιόμορφα μικτή, υπερομοιόμορφη κατανομή. «Δεν πρέπει να σας το πω δωρεάν, αλλά να ξεκινήσω μια εταιρεία!» είπε ο Μπαρτόλο.

Οι Torquato, Steinhardt και συνεργάτες το έχουν ήδη κάνει. Η εκκίνησή τους, Etaphase, θα κατασκευάσει υπερομοιόμορφα φωτονικά κυκλώματα - συσκευές που μεταδίδουν δεδομένα μέσω φωτός και όχι ηλεκτρονίων. Οι επιστήμονες του Πρίνστον ανακάλυψαν πριν από μερικά χρόνια ότι τα υπερομοιόμορφα υλικά μπορεί να έχουν «κενά ζώνης», τα οποία εμποδίζουν τη διάδοση ορισμένων συχνοτήτων. Τα κενά ζώνης επιτρέπουν την ελεγχόμενη μετάδοση δεδομένων, καθώς οι μπλοκαρισμένες συχνότητες μπορούν να περιορίζονται και να καθοδηγούνται μέσω καναλιών που ονομάζονται κυματοδηγοί. Αλλά τα κενά ζώνης θεωρούνταν κάποτε ότι ήταν μοναδικά για τα κρυσταλλικά πλέγματα και εξαρτώνται από την κατεύθυνση, ευθυγραμμισμένα με τους άξονες συμμετρίας του κρυστάλλου. Αυτό σήμαινε ότι οι φωτονικοί κυματοδηγοί μπορούσαν να πάνε μόνο προς ορισμένες κατευθύνσεις, περιορίζοντας τη χρήση τους ως κυκλώματα. Δεδομένου ότι τα υπερομοιόμορφα υλικά δεν έχουν προτιμώμενη κατεύθυνση, τα ελάχιστα κατανοητά κενά ζωνών τους είναι δυνητικά πολύ πιο πρακτικά, επιτρέποντας όχι μόνο τους "τρεμούς κυματοδηγούς, αλλά και τους κυματοδηγούς όπως θέλετε", είπε ο Steinhardt.

Όσο για το μοτίβο των πεντάχρωμων ψηφιδωτών στα μάτια των πουλιών, που ονομάζεται «πολυυπερομοιόμορφο», είναι, μέχρι στιγμής, μοναδικό στη φύση. Ο Κόρμπο δεν έχει ακόμη εντοπίσει πώς σχηματίζεται το μοτίβο. Προκύπτει από αμοιβαίες απωθήσεις μεταξύ κωνικών κυττάρων, όπως άλλα συστήματα στην κατηγορία ισορροπίας; Ή μήπως οι κώνοι τινάζονται σαν κουτί με μάρμαρα; Η εικασία του είναι η πρώτη. Τα κύτταρα μπορούν να εκκρίνουν μόρια που απωθούν τα κύτταρα του ίδιου τύπου αλλά δεν έχουν καμία επίδραση σε άλλους τύπους. πιθανώς, κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης, κάθε κύτταρο κώνου σηματοδοτεί ότι διαφοροποιείται ως συγκεκριμένος τύπος, εμποδίζοντας τα γειτονικά κύτταρα να κάνουν το ίδιο. «Αυτό είναι ένα απλό μοντέλο για το πώς θα μπορούσε να εξελιχθεί», είπε. "Η τοπική δράση γύρω από κάθε κελί δημιουργεί ένα παγκόσμιο μοτίβο."

Εκτός από τα κοτόπουλα (τα πιο εύκολα διαθέσιμα πτηνά για εργαστηριακή μελέτη), το ίδιο πολυυπερομοιόμορφο μοτίβο αμφιβληστροειδούς εμφανίστηκε και στα τρία άλλα είδη πουλιών που ερεύνησε ο Corbo, υποδηλώνοντας ότι η προσαρμογή είναι ευρέως διαδεδομένη και δεν είναι προσαρμοσμένη σε κάποιο συγκεκριμένο περιβάλλον. Αναρωτιέται μήπως η εξέλιξη θα μπορούσε να έχει βρει μια διαφορετική βέλτιστη διαμόρφωση στα νυκτόβια είδη. «Αυτό θα ήταν πολύ ενδιαφέρον», είπε. "Είναι πιο δύσκολο για εμάς να πιάσουμε στα χέρια μας, ας πούμε, μάτια κουκουβάγιας."

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στο Wired.com.

Αποθήκευση

Αποθήκευση