Prawda

Niedziela, 9 sierpnia 2020 - 19:16

« Poprzedni Następny »


Bambusowi matematycy


Carl Zimmer 2015-05-25


 

Pod koniec lat 1960. zakwitł gatunek bambusa o nazwie Phyllostachys bambusoides. Gatunek ten pochodzi z Chin, został sprowadzony do Japonii, a później do Stanów Zjednoczonych i innych krajów. A kiedy mówię, że zakwitł, chodzi mi o to, że zakwitł wszędzie. Lasy tych roślin wybuchły kwiatami równocześnie, mimo że oddzielały je tysiące kilometrów. Jeśli, podobnie jak mnie, ominęło cię to, prawdopodobnie nie dożyjesz, by zobaczyć, jak to dzieje się znowu. Te wspaniałe rośliny bambusa, które potrafią dorosnąć do 22 metrów, wszystkie potem umarły. Ich nasiona wykiełkowały później i stworzyły nowe rośliny. Nowe pokolenia ma obecnie blisko pięćdziesiąt lat i jeszcze nie dało ani jednego kwiatu. Nie zakwitną aż do około roku 2090.


Możemy powiedzieć to z pewnością, ponieważ uczeni chińscy prowadzili bardzo staranne zapisy przez bardzo długi czas. W 999 r. zanotowali kwitnienie Phyllostachys bambusoides. Był to prawdopodobnie zdumiewający widok, bo nikt z żyjących w owym czasie nigdy nie widział, by ten gatunek kwitł. Rośliny bambusa umarły, ich nasiona wykiełkowały i las nie zakwitł znowu aż do 1114 r. Po tym, jak gatunek importowała Japonia, Japończycy zanotowali kwitnienie na początku lat 1700., a potem znowu w 1844 do 1847. Kwitnienie pod koniec lat 1920. był kolejnym kwitnieniem w 120-letnim cyklu.

Ilustracja z 1885 r. pokazująca Chusquea abietifolia, z cyklem kwitnienia 32 lat. Gray Herbarium Library, Harvard University Herbaria
Ilustracja z 1885 r. pokazująca Chusquea abietifolia, z cyklem kwitnienia 32 lat. Gray Herbarium Library, Harvard University Herbaria

Ten niezwykły cykl byłby wystarczająco fascynujący sam w sobie. Okazuje się jednak, że wiele innych gatunków bambusa także ma kwiaty w cyklach trwających dziesięciolecia. Na przykład, gatunek o nazwie Bambusa bambos kwitnie co 32 lata. Phyllostachys nigra f. henonis potrzebuje 60 lat.


Trzech biologów z Harvard zastanowiły te cykle i niedawno postanowili znaleźć wyjaśnienie, jak wyewoluowały. W piśmie “Ecology Letters” przedstawili kuszącą hipotezę:  cykle bambusów osiągnęły te niezwykłe długości dzięki odrobinie prostej arytmetyki.


Jak wszyscy naukowcy, ci biolodzy (Carl Veller, Martin Nowak i Charles Davis) stoją na ramionach olbrzymów. Szczególnie jednego z nich – ekologa Daniela Janzena, który przez lata wyrzucał z siebie z niepokojącą łatwością wielką liczbę kreatywnych, wpływowych pomysłów.


W połowie lat1970. Janzen przedstawił wyjaśnienie dlaczego rośliny bambusa kwitną synchronicznie. Zauważył, że szczury, ptaki, świnie i inne zwierzęta pożerają kolosalne ilości nasion bambusa. Każde pożarte nasienie stanowiło utratę potencjalnego potomka. Jeśli jest wystarczająco dużo zjadaczy nasion i są oni wystarczająco głodni, mogą zlikwidować cały zestaw nasion rośliny bambusa.


Roślinom bambusa może udać się lepiej, twierdził Janzen, jeśli kwitną w tym samym czasie. Przytłaczają wrogów żywnością. Nawet gdyby zwierzęta napychały się do pęknięcia, nadal zostawiłyby nieco ziaren. Te ziarna miałyby wówczas dość czasu, by bronić się twardymi włóknami i gorzkimi substancjami chemicznymi.


Kiedy bambusy raz zaczęły kwitnąć do taktu, trudno byłoby im wyrwać się z tego. Gdyby kilka roślin bambusa zakwitło kilka lat za wcześnie, zwierzęta ucztowałyby na ich nasionach i ich geny, działające nie w takt, nie przeszłyby do kolejnych pokoleń.


Inni naukowcy znaleźli poparcie dla tezy Janzena. Zarzucenie wrogów nasionami rzeczywiście obniża szkody, jakie zjadacze nasion wyrządzają indywidualnej roślinie. Ale Veller i jego koledzy mieli nadal kilka pytań. Jak bambusy początkowo doszły do tego korzystnego cyklu kwitnienia? I jak różne gatunku dotarły do tak długiego – i tak różnego – rytmu kwitnienia?


Naukowcy zbudowali modele matematyczne w oparciu o to, co wiadomo o biologii bambusów. Zaczęli od lasów bambusowych, w których niemal wszystkie rośliny kwitną corocznie, jak to robią niektóre gatunki bambusów.


Ta populacja zawierała jednak kilka mutantów. Miały mutację w genach określających czas kwitnienia, a więc potrzebowały dwóch lat, aby kwitnąć, zamiast jednego roku. Jedne z tych dwuletnich mutantów kwitły w latach parzystych, inne w nieparzystych. Dwuletnia przerwa między kwitnieniami zamiast jednego roku mogła dawać roślinie jakieś korzyści. Roślina miała więcej czasu na zebranie energii ze światła słonecznego, której mogła użyć na wytworzenie większej liczby nasion albo na danie nasionom większej ochrony przed zjadaczami.


Kiedy większa część lasu stawała się roślinami dwuletnimi, mniej roślin wypuszczało nasiona corocznie. W końcu, jak stwierdzili Veller i jego koledzy, nadchodził rok, kiedy roczne rośliny bambusa nie mogły wytworzyć wystarczającej liczby nasion, która przetrwałaby zaborczość zwierząt. Zostały wytępione równocześnie. Jeśli był to rok nieparzysty, to rośliny kwitnące w latach nieparzystych także zniknęły. Jeśli był to rok parzysty, to wymarły rośliny kwitnące w latach parzystych. Tak czy inaczej cały las nagle zsynchronizował kwitnienie raz na dwa lata.


Jest także możliwe, że las miał nie tylko mutanty dwuletnie, ale mutanty, które potrzebowały trzech lub więcej lat, by zakwitnąć. Veller z kolegami odkryli, że w ich modelu matematycznym także rośliny z dłuższymi cyklami kwitnienia mogły przejąć panowanie. To, który cykl wygrywał, było częściowo kwestią przypadku, bo liczba produkowanych w danym roku nasion może zmieniać się w zależności od pogody i innych nieprzewidywalnych czynników. Cały las pozostawał zsynchronizowany niezależnie od tego, który cykl wyłaniał się jako dominujący. Każdy wyjątek, który kwitnął w innych czasie, był likwidowany, tak jak to podejrzewał Janzen.


Istnieje tu jeden wyjątek: mutant bambusa, który wyewoluował nowy cykl będący wielokrotnością pierwotnego cyklu. Wyobraźmy sobie, że bambus kwitnący co dwa lata zamienia się w bambus kwitnący co cztery lata. Za każdym razem, kiedy kwitnie, jest chroniony przez dwuletnie rośliny, które kwitną równocześnie z nim. I ma nad nimi przewagę: może spędzić dodatkowy czas na wytworzenie większej liczby nasion.


Naukowcy stwierdzili, że mimo, iż bambusy kwitnące co cztery lata potrzebują dwukrotnie więcej czasu na wytworzenie nasion, w pewnych warunkach mogą stawać się coraz powszechniejsze z upływem stuleci. W końcu cały las przechodzi na cykl czteroletni.


Badacze odkryli, że bambus nie może ewoluować w odwrotnym kierunku. Jeśli las czteroletni produkuje dwuletniego mutanta, będzie on kwitł w roku, kiedy nie ma żadnej ochrony przez chętnymi zjadaczami. Jedynym kierunkiem, w którym może iść, są dłuższe cykle. Jeśli w czteroletnim lesie powstaje ośmioletni mutant, odnosi on te same korzyści, jakie miały pierwotnie rośliny czteroletnie: jest dobrze chroniony w czasie kwitnienia.


Veller i jego koledzy zdali sobie sprawę z tego, że mogą przetestować ten model. Rozumowali, że przez miliony lat gatunki mnożyły cykle kwitnienia. Jest możliwe, że mogły mnożyć te cykle raczej przez niewielkie liczby niż przez duże. Zamiana dwuletniego cyklu na dwutysiącletni wymagałaby radykalnych zmian biologicznych rośliny. Dlatego lata cyklu bambusa powinny być wynikiem mnożenia małych liczb.


Matematyka bambusa oferuje obiecujące poparcie. Na przykład Phyllostachys bambusoides ma cykl 120 lat, który równa się 5 x 3 x 2 x 2 x 2. Phyllostachys nigra f. henonis ma cykl 60 lat, czyli 5 x 3 x 2 x 2. A 32 letni cykl Bambusa bambos równa się 2 x 2 x 2 x 2 x 2.


Veller et al 2015 Ecology Letters
Veller et al 2015 Ecology Letters

Naukowcy znaleźli więcej poparcia dla tej tezy, kiedy przyjrzeli się ewolucji gatunków bambusa. Tutaj jest drzewo ewolucyjne Phyllostachys bambusoides i jego bliskich krewnych. Jest możliwe, że ich wspólny przodek miał cykl pięcioletni, a potem ten cykl mnożył się przez niewielkie liczby wzdłuż każdej gałęzi drzewa.


Czy jednak może to być rodzaj bezsensownej numerologii bambusowej? Czy jest tylko przypadkiem, że te gatunki pokazują takie eleganckie mnożenia? Veller z kolegami przeprowadzili testy statystyczne na gatunkach bambusów z dobrze udokumentowanymi cyklami kwitnienia. Odkryli, że cykle są ściśle zgromadzone wokół liczb, które dają się podzielić na małe liczby pierwsze. Jest to wzór, którego nie oczekuje się w wyniku przypadku. W rzeczywistości, test daje bardzo silny dowód na mnożenie (dla entuzjastów statystyki: p=0,0041)


Jest bardzo wiele możliwości sprawdzenia tego modelu. Wiele gatunków bambusa ma długie cykle kwitnienia, których nikt zbyt starannie nie mierzył. Naukowcy mogliby zobaczyć, jak nowo badane cykle pasują do modelu Vellera. Jeśli na przykład znajdą nowy gatunek Phyllostachys, który ma cykl 23 lat, byłoby matematycznie niemożliwe, by wyewoluował on z przodka o cyklu pięcioletnim. Jedna rzecz jest jednak pewna. Jeśli ten model wymaga, by naukowcy siedzieli i obserwowali bambus, czekając aż zakwitnie, to do rozstrzygnięcia sprawy będzie potrzeba kilku pokoleń naukowców.


Bamboo Mathematicians

The Loom, 15 maja 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Carl Zimmer


Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic”.


Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj






Nauka

Znalezionych 1137 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Nowy raport: Bakteria po stu milionach lat nadal żywa!   Coyne   2020-08-08
Modlitwa to nie jest lekarstwo   Nowella   2020-08-07
Maleńki, 10-centymetrowy dinosaur, który zjadał owady   Coyne   2020-08-06
Piękny skoczek, który upodabnia się do mrówki   Coyne   2020-08-03
Urodziny Rosalind Franklin!   Cobb   2020-07-31
Kondor wielki: ptak, który rzadko kiedy macha skrzydłami   Coyne   2020-07-28
Czy ludzie byli w Nowym Świecie ponad 30 tysięcy lat temu?   Coyne   2020-07-26
Oszaleć na punkcie nietoperzy w czasach korony i politykierstwa   Collins   2020-07-25
Dwa gatunki dały zdolną do życia hybrydę, mimo że rozeszły się 150 milionów lat temu   Coyne   2020-07-23
Niccolo Tartaglia jego tajemnica   Jacoby   2020-07-20
Akcja afirmatywna w wieloetnicznym narodzie   Hyams   2020-07-17
Dekolonizacja ewolucji (i Darwina) była nieunikniona   Coyne   2020-07-15
Filtr mózgu (czyli czego nie widzimy)   Novella   2020-07-14
Homeopatia jest bezwartościowa a czasami szkodliwa   Novella   2020-07-10
Pięć błędnych wyobrażeń o ewolucji: jedno jest wątpliwe, jedno niesłuszne   Coyne   2020-07-08
Wiecznie kurczący się tranzystor i wynalezienie Google   Ridley   2020-07-06
Postmodernizm: filozofia, która stoi za naszymi wojnami kulturowymi i postępującym nihilizmem   Hill   2020-07-02
Bodźce do innowacji w końcu pokonają COVID-19   Ridley   2020-06-27
Maleńkie stworzenia morskie budują olbrzymie, fantastyczne domy, by chronić się i zdobywać pokarm   Coyne   2020-06-25
Rośliny uprawne z edytowanym genomem pomagają farmerom i środowisku   Ridley   2020-06-20
Czy klucz do COVID można znaleźć w rosyjskiej pandemii?   Ridley   2020-06-18
Skąd więc wziął się ten wirus?   Ridley   2020-06-16
Nowe dane o tym, jak działają grzyby „mrówek zombie”   Coyne   2020-06-15
Czy brytyjski naukowy establishment popełnił największy błąd w historii?   Ridley   2020-06-13
Błysk światła w mroku   Sheagren   2020-06-12
Poczucie pewności napędza efekt potwierdzenia   Novella   2020-06-08
Czy możemy zobaczyć osobowość?   Novella   2020-06-05
Rozwiązanie dla obecnego kryzysu   Ridley   2020-06-02
Lokalizacja funkcji wykonawczych   Novella   2020-05-30
Przestańcie wierzyć w naukę   Greenfield   2020-05-28
Ewolucyjne korzenie sztuki   Koraszewski   2020-05-27
Innowacji nie można wymusić, ale można je zdławić   Ridley   2020-05-26
Stymulowanie kory wzrokowej   Novella   2020-05-23
Pora na telemedycynę   Novella   2020-05-19
Czy mrożącą krew w żyłach prawdą jest, że decyzja o zamknięciu społeczeństwa opierała się na luźnych matematycznych spekulacjach?   Ridley   2020-05-15
MMR jest bezpieczna i skuteczna   Novella   2020-05-14
Odporność stada na fakty   Koraszewski   2020-05-13
O COVID wiemy wszystko – i nie wiemy niczego   Ridley   2020-05-12
Nanotechnologia zastosowana do leczenia choroby Alzheimera   Novella   2020-05-11
COVID-19 – To są szkody   Novella   2020-05-05
Nadmiar teorii wszystkiego   Koraszewski   2020-05-04
Zawodnicy – i trudności – w wyścigu do wyleczenia COVID   Ridley   2020-04-30
Psychologia sprzeciwu wobec szczepień   Novella   2020-04-25
Prowokator czy prowokowany?   Witkowski   2020-04-24
Nauka on-line jest skuteczna   Novella   2020-04-23
Mądrość w pułapce autorytetu   Witkowski   2020-04-18
Znaleziono najstarszego “bilaterian”: odkryto podobne do robaka stworzenie wraz z jego skamieniałymi śladami   Coyne   2020-04-16
Nietoperze i pandemia   Ridley   2020-04-14
Pandemia ludzkiej głupoty   Novella   2020-04-12
W miarę postępu badań natura naszego wroga staje się coraz wyraźniejsza   Ridley   2020-04-04
Wzmacnianie układu odpornościowego podczas pandemii   Novella   2020-04-02
Dlaczego ten wirus inaczej dotyka pokolenia?   Ridley   2020-03-30
Czaszka maleńkiego dinozaura/ptaka znaleziona w bursztynie   Coyne   2020-03-27
Szczepionka na koronawirusa nie przybędzie szybko   Ridley   2020-03-25
Niebawem dowiemy się jak solidna jest nasza cywilizacja   Ridley   2020-03-23
Żywotność wirusa Covid-19 na różnych powierzchniach (rada: używaj rękawiczek, kiedy odbierasz paczki i nie otwieraj ich przez 24 godziny)   Coyne   2020-03-21
Dzień był krótszy 70 milionów lat temu   Novella   2020-03-20
Jak często powstają ptasie hybrydy?   Coyne   2020-03-18
Mózgi noworodków   Novella   2020-03-16
Twierdzenie o białku i DNA dinozaurów   Novella   2020-03-10
Porażka jest stałym elementem pracy naukowca   Konrad Bocian   2020-03-07
Jak myśleć o naszych problemach   Tupy   2020-03-03
Dlaczego tak wiele nowych wirusów pochodzi od nietoperzy?   Ridley   2020-02-29
Odkrycie antybiotyku przez AI   Novella   2020-02-27
Wizyta w Andach u łysek rogatych   Lyon   2020-02-26
Zioła nie pomagają na utratę wagi   Novella   2020-02-25
Dawkins pisze tweeta   Coyne   2020-02-24
W obronie binarności płci u ludzi   Coyne   2020-02-21
Nie palmy pieniędzy na ołtarzu zielonej manii   Lomborg   2020-02-20
Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki zaczynają tworzyć pięć palców, a cztery zawiązki znikają   Coyne   2020-02-18
Homeopatyczny rentgen   Novella   2020-02-14
Różnice płci w wyborze zabawek: chłopcy bawią się chłopięcymi zabawkami, dziewczynki dziewczęcymi zabawkami   Coyne   2020-02-13
Śmiertelność z powodu raka nadal spada wbrew twierdzeniom szarlatanów     2020-02-11
Odkrycie w immunologii, a leczenie nowotworów   Novella   2020-02-10
Ponowne psucie nauki przez ideologię: ”Slate” wypacza biologię ewolucyjną, by wyglądała na kapitalistyczną i antysocjalistyczną   Coyne   2020-02-07
Flamingi z braku łysek rogatych   Lyon   2020-02-06
Moja ostatnia praca badawcza. Część 3: Znaczenie   Coyne   2020-02-04
Moja ostatnia praca badawcza. Część 2: Wyniki   Coyne   2020-02-03
Moja ostatnia praca badawcza: Część 1: Cele i metody   Coyne   2020-02-01
Ewolucyjne wyjaśnienie nienaukowych przekonań   Bretl   2020-01-31
Zdumiewająca mimikra   Coyne   2020-01-27
Reality check: Pęd do szybkiej „zerowej” emisji to gwarancja przegranej   Lomborg   2020-01-27
Sfuszerowany artykuł o biologii w „Washington Post”   Coyne   2020-01-24
Punkty dla Ameryki w konflikcie między Iranem i USA   Destexhe   2020-01-24
Zbliżanie się do rozumienia pamięci   Novella   2020-01-22
Z perspektywy naszego kurnika   Witkowski   2020-01-16
Fałszywa pokora nie uratuje planety   Boudry   2020-01-09
Złoty ryż zatwierdzony na Filipinach   Novella   2020-01-07
Cudowna animacja DNA i komórek   Coyne   2020-01-06
Dychotomiczne myślenie, niepewność i zaprzeczanie nauce     2020-01-01
Mieliśmy najlepszą dekadę w historii. Naprawdę   Ridley   2019-12-31
Kreacjonista opowiada się za ”argumentem z niedowierzania”   Coyne   2019-12-26
Biologia męskiej agresji i dlaczego nie jest to tylko „socjalizacja”   Coyne   2019-12-24
Wydajność, wyzysk, wybory   Koraszewski   2019-12-23
Społecznościowe finansowanie szarlatanerii   Novella   2019-12-20
Wykład Dawkinsa o czerpaniu odwagi z darwinizmu   Coyne   2019-12-18
Uprawy GM, takie jak Złoty Ryż, uratują życie setek tysięcy dzieci   Ridey   2019-12-13
Darwin, lisy i inne ssaki na Falklandach   Mayer   2019-12-11
Wirtualna edukacja   Novella   2019-12-03
Teoria klasy próżniaczej Thorsteina Veblena – uaktualnienie statusu   Henderson   2019-12-02

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Wzmacnianie układu odpornościowego



Wykluczenie Tajwanu z WHO



Drzazgę źle się czyta



Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk