Prawda

Sobota, 21 kwietnia 2018 - 15:52

« 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 764 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Mumia z Atakama nie jest kosmitą   Novella   2018-04-20
Feministyczna geografia w Dartmouth   Coyne   2018-04-19
Dlaczego odmawiamy dostrzegania jaśniejszej strony, choć powinniśmy   Pinker   2018-04-17
Inicjatywa „Globalna Spójność”: nonsens na globalną skalę     2018-04-11
Wreszcie: sensowna dyskusja o “rasie”   i Greg Mayer   2018-04-10
Rolnictwo biodynamiczne: podobne do antropozoficznej medycyny, ale dla farm     2018-04-06
Mózg i kodowanie predyktywne   Novella   2018-04-05
Dziwaczne życie seksualne żabnicy   Coyne   2018-04-04
Dwa kilo prostaty poproszę   Łopatniuk   2018-03-31
Dziennik z Mozambiku: Demony w kurzu   Naskręcki   2018-03-30
Otumaniony myśliciel twierdzi, że ewolucja nie może wyjaśnić organizmów i ich “dążeń”   Coyne   2018-03-28
Orientacja na złe wiadomości nasila się i wpływa na nasze działania   Ridley   2018-03-27
Urojenie fałszywej flagi   Novella   2018-03-24
Zły tydzień dla homeopatii jest dobrym tygodniem dla nauki     2018-03-23
Czy farmerzy mają czekać aż parlamentarzyści podszkolą się w nauce o manioku?   Ongu   2018-03-22
David Barash namawia naukowców do stworzenia człowieko-szympansiej hybrydy   Coyne   2018-03-20
Déjà vu i swojskość   Novella   2018-03-17
“Odwrócenie specjacji” (fuzja gatunków) u kruków   Coyne   2018-03-16
Błąd atrybucji, sofizmat rozszerzenia (atakowanie chochoła) i zasada wielkoduszności   Novella   2018-03-14
Mutualistyczne ptaki nocują w pachwinach i na brzuchach żyraf   Coyne   2018-03-13
Polityczny szympans   Martino   2018-03-09
Najstarsza sztuka jaskiniowa w Europie, to niemal z pewnością dzieło neandertalczyków   Coyne   2018-03-06
Nowa inicjatywa w Kalifornii – magnetyzm nonsensu w działaniu   Novella   2018-03-05
Nie zostawić żadnej mrówki: mrówki noszą rannych towarzyszy do mrowiska i opatrują ich rany   Coyne   2018-03-03
Unikatowy skamieniały owad z nożycami na głowie i tułowiu   Coyne   2018-02-28
Serce na wierzchu   Łopatniuk   2018-02-24
Skąd się wzięły pająki?   Coyne   2018-02-23
Czy kometa zabiła mamuty   Novella   2018-02-22
Zagadka: co zapyla muchołówkę?   Coyne   2018-02-20
“Partenogenetyczny” rak rozmnaża się bez seksu: czy to jest nowy gatunek?   Coyne   2018-02-17
Naturopatyczna propaganda głosi normalne porady dotyczące stylu życia jako własne i dodaje szamaństwo     2018-02-14
Bezwstydne organiczne sianie strachu   Novella   2018-02-12
Fałszywe nadzieje i niewidzialni wrogowie   Anomaly   2018-02-09
Pierwszy exodus Homo sapiens z Afryki?   Coyne   2018-02-06
Niebezpieczeństwa kultury celebrytów   Novella   2018-02-05
Małe kroki, czyli białko, które nie jest młotem na raka (ale i tak się przydaje)   Łopatniuk   2018-02-03
Opera mydlana: Z życia łysek amerykańskich – część VI   Lyon   2018-02-02
List otwarty do Charlotte Allen   Coyne   2018-01-31
Naiwna promocja “integrowania” znachorstwa do medycyny     2018-01-29
Kolejne zachwalanie “całkowicie innego” wyjaśnienia ewolucji   Coyne   2018-01-26
Bekon bez azotynów   Novella   2018-01-25
Specjacja przez hybrydyzację u amazońskich gorzyków?   Coyne   2018-01-23
Dowody, że ptaki drapieżne szerzą pożary leśne, by wypłoszyć zdobycz   Coyne   2018-01-20
Tajemnicze cykle epok lodowych   Ridley   2018-01-19
Pochodzenie ludzkiej muzyki? Samiec kakadu palmowej używa patyka do rytmicznego uderzania w wydrążone drzewa   Coyne   2018-01-18
Powrót “tradycyjnej” astrologii   Novella   2018-01-17
Nowe badanie o tym, jak ewoluują ludzie   Coyne   2018-01-16
Krąg mimikry müllerowskiej   Coyne   2018-01-12
Sztuczna inteligencja będzie symbiozą, nie zaś zastąpieniem   Ridley   2018-01-11
Czy nauka zabija duszę?   S. Pinker   2018-01-09
Dlaczego nie będzie doboru na inteligentne niemowlęta   Ridley   2018-01-05
Powrót łysenkoizmu w Putinowskiej Rosji   Novella   2018-01-03
Pozory mylą, czyli niespodzianki nie zawsze przykre   Łopatniuk   2017-12-30
Obniżenie poprzeczki dla tradycyjnej medycyny chińskiej dla ideologii i zysku     2017-12-29
Multikulturaliści unicestwiają zachodnią cywilizację   Salzman   2017-12-28
Nie znasz przeszłości, nie znasz przyszłości   Mayer   2017-12-27
Alternatywna medycyna zabija   Novella   2017-12-26
Na wpół syntetyczne życie z powiększonym kodem genetycznym   Novella   2017-12-23
Ziemniaki GMO zmniejszą użycie pestycydów i dostarczą więcej gotówki farmerom w Ugandzie   Ongu   2017-12-22
Słusznie o plastiku i PCB, błędnie o zakwaszeniu   Ridley   2017-12-21
Chwytówka modliszkowata ma chodzącą poczwarkę, która wspina się na drzewa przed przekształceniem   Coyne   2017-12-19
Pseudonauka Masaru Emoto   Novella   2017-12-18
Fantastyczne oko przegrzebka pokazane w nowej pracy   Coyne   2017-12-16
Czy ptaki wyewoluowały większe dzioby, by zjadać duże, inwazyjne ślimaki?   Coyne   2017-12-13
Biotechnologia jest pilnie potrzebna w Afryce – dla gospodarki i środowiska   Ridley   2017-12-08
Okrutne zabawy wielorybów   Lyon   2017-12-07
Specjacja zięb z Galápagos przez hybrydyzację   Coyne   2017-12-04
Zrób sobie test ciążowy, Krzysiu   Łopatniuk   2017-12-02
Szopy pracze są inteligentne, ale bywają kłopotliwe   Novella   2017-11-30
Popieranie wiatrowej i słonecznej energii kosztem środowiska   Ridley   2017-11-28
Tradycyjni uzdrawiacze, szczyt o szarlatanerii i “medyczny apartheid” w Południowej Afryce   Igwe   2017-11-25
Prawo Amary   Ridley   2017-11-24
Ewolucja przyłapana na gorącym uczynku   Novella   2017-11-22
Dziwaczny skrzydłoszpon rogaty   Coyne   2017-11-18
Południowoafrykańska saga: kampania dezinformacji grup anty-GMO przeciwko nowej, odpornej na choroby odmianie kukurydzy   Ongu   2017-11-17
Niecne chochliki naszej pamięci   Novella   2017-11-16
BBC znowu błędnie przedstawia ewolucję, opisując nowe odkrycie wczesnych ssaków wyższych   Coyne   2017-11-14
Teraz nawet akceptujących zmianę klimatu nazywa się “negacjonistami   Lomborg   2017-11-13
Nowy gatunek orangutana? Wątpię.   Coyne   2017-11-10
Antynauka czystego jedzenia   Novella   2017-11-08
Wiecej niemądrych twierdzeń, że epigenetyka całkowicie zrewiduje nasz pogląd na ewolucję   Coyne   2017-11-06
Skandal z glifosatem   Ridley   2017-11-04
Ugandyjski dziennikarz: jak informować o biotechnologii, kiedy jej krytycy rozsiewają dezinformację?   Christopher Bendana   2017-11-03
Myślenie spiskowe i rozpoznawanie wzorów   Novella   2017-11-02
Czy wierzysz w duchy?   Łopatniuk   2017-10-28
Dlaczego nie ma pokoju na Bliskim Wschodzie   Salzman   2017-10-25
Jeremy, samotny, lewoskrętny ślimak wreszcie kojarzy się – a potem umiera   Coyne   2017-10-24
Naturopaci: potrafią uczynić nawet sól z Epsom potencjalnym zabójcą     2017-10-23
Niemal pięciokilogramowa żaba żyła na prastarym Madagaskarze   Coyne   2017-10-19
Uroczy wykres, który opowiada naszą historię   Cobb   2017-10-17
Genetycznie modyfikowana pszenica dla wrażliwych na gluten   Novella   2017-10-16
Czy Oświecenie przygasa?   Ridley   2017-10-13
Zdumiewająca, mordująca ptaki modliszka   Coyne   2017-10-13
Indie otwierają laboratorium homeopatyczne   Novella   2017-10-11
Roboty będą uprawiać ziemię   Ridley   2017-10-09
Przełyk Barretta, czyli bez paniki, ale…   Łopatniuk   2017-10-07
“Daily Beast” wypacza epigenetykę oszukańczymi twierdzeniami, że dzieci mogą “odziedziczyć wspomnienia Holocaustu”   Coyne   2017-10-05
Wszystkiego najlepszego w dniu 60. urodzin, centralny dogmacie!   Cobb   2017-10-04
Huragany zdarzają się   Ridley   2017-10-02
Niekochany lewoskrętny ślimak szuka partnera   Coyne   2017-09-28

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy



Skomplikowana ewolucja



Argument neuroróżnorodności



Nowe badanie pamięci długotrwałej



Ściganie bluźnierstwa



Ryby jaskiniowe



Autyzm



Od niepamiętnych czasów



Tunezyjczycy przeciw złemu prawu



Drugie prawo termodynamiki



Pochwała ignorancj



Mistyfikacja Sokala



Intronizacja Chrystusa



Obama chrzescijanie



Szelest liści



Czego wam nie pokazują?



Rozdzielenie religii i państwa



Trwa ewolucyjne upokorzenie archeopteryksa



Trucizna, kamuflaż i tęcza ewolucji



Religia zdrowego rozsądku



Kto się boi czarnego luda?



Land of the pure



świecące ryby



Lewica klania sie



Nis zgubic


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