Prawda

Środa, 22 listopada 2017 - 17:39

« 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 692 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

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
Niesłuszny atak na młodą badaczkę   Novella   2017-09-27
Jak anty-GMO aktywiści blokują humanitarną biofortyfikację w Afryce i Azji   Ongu   2017-09-26
Sobotnia lekcja genetyki: ciołek matowy gynandromorf   Coyne   2017-09-23
Czy Uganda potrzebuje GMO? Naukowcy spoglądają na edytowanie genów, by przyspieszyć innowacje   Ongu   2017-09-20
Strach przed GMO i Dunning-Kruger   Novella   2017-09-18
o skomplikowane, czyli co zabija chorych na raka płuc   Łopatniuk   2017-09-16
Nowe pająki pawie   Coyne   2017-09-12
Obserwowanie wielorybów w Monterey Bay   Lyon   2017-09-11
Bakteryjne ogniwa słoneczne   Novella   2017-09-09
A.N. Wilson znowu kopie Darwina, tym razem w “Times”   Coyne   2017-09-07
Medycyna alternatywna zabija   Novella   2017-09-06
Wiecej o biologii i rasie   Mayer   2017-09-05
O rzeczywistości rasy i odrazie do rasizmu    i Brian Boutwell   2017-09-04
Panie doktorze, to nie rak   Łopatniuk   2017-09-02
Odporne na szkodniki rośliny uprawne GM oferują nadzieję Afryce, która walczy z larwami ciem   Ongu   2017-09-01
Opera mydlana, czyli więcej o łyskach   Lyon   2017-08-31
Ujawnienie kosztów opóźnienia GMO w Ugandzie   Ongu   2017-08-30
Symboliczny sceptycyzm w sprawie egzorcyzmów   Novella   2017-08-29
Pasożytnictwo lęgowe, łyski amerykańskie   Lyon   2017-08-24
Lektyny – nowy straszak żywieniowy   Novella   2017-08-22
Zabobonne pojęcia u sedna przekonań antyszczepionkowych     2017-08-21
Choroba bananów, GMO i ewolucja produkcji żywności   Ongu   2017-08-19
Przetwarzanie informacji przez mózg -porcjowanie   Novella   2017-08-16
Pomachaj do pańci ogonkiem   Łopatniuk   2017-08-12
Zrobić więcej za mniej dla Haiti   Lomborg   2017-08-11
Perkoz zausznik i jego pisklęta   Lyon   2017-08-10
Argument neuroróżnorodności na rzecz wolności słowa   Miller   2017-08-08
Czyste okrucieństwo cięć w pomocy żywnościowej   Lomborg   2017-08-07
Więcej o śmieciowym DNA   Novella   2017-08-05
Skomplikowana ewolucja wielkich kotów   Coyne   2017-08-03
Kruchość prawdy   Novella   2017-08-02
Czy kruki robią plany na przyszłość?   Coyne   2017-07-29
Opera mydlana z życia łysek amerykańskich, część III   Lyon   2017-07-28
Dlaczego jesteśmy świadomi   Novella   2017-07-26
Wybuchy epidemii odry w Europie: zapowiedź tego, co przyjdzie do USA?     2017-07-24
Bliskie spotkania z baronem MünchausenemPaulina Łopatniuk     2017-07-22
Ciepło, zimno i śmierć w oczach mediów   Lomborg   2017-07-21
Naukowcy walczą z głodem przez złamanie genetycznego kodu pszenicy   Gelber   2017-07-20
Potrzeba pewności i myślenie konspiracyjne   Novella   2017-07-17
Wielka rozbieżność w afrykańskich genomach   Ridley   2017-07-15
Okablowanie mózgu   Novella   2017-07-12
Opera mydlana z życia łysek amerykańskich, część II   Lyon   2017-07-10
Postmodernizm i prawda   Dennett   2017-07-09
Palestyńska intersekcjonalność z nazistami   Frantzman   2017-07-08
Genesis po raz szósty: spowodowana przez człowieka masowa specjacja   Ridley   2017-07-07
Korzyści zdrowotne papierosów! Dziwuszki ogrodowe wkładają niedopałki do gniazd, by odpędzić kleszcze   Coyne   2017-07-05
Akupunktura na pogotowiu też nie działa   Novella   2017-07-04
Łyski amerykańskie i ich obyczaje   Lyon   2017-07-02
Umiesz paradygmować, kolego?   Stenger   2017-07-01
Gigantyczne “paleonory” wykopane przez wymarłe ssaki   Coyne   2017-06-29
Biodynamiczne rolnictwo i inne nonsensy   Novella   2017-06-28
Pochodzenie i migracja kotów domowych: badanie genetyczne   Coyne   2017-06-27
Masz szczątkowe mięśnie, które poruszały wąsy twoich przodków   Coyne   2017-06-25
Najwcześniejsi ludzie współcześni   Novella   2017-06-23
Głupota pomylonej godności   Pinker   2017-06-21
Mój potworniak ma raka, czyli gdzie z tą tarczycą, poczwaro   Łopatniuk   2017-06-17
Rozszyfrowanie tego, jak mózg naczelnych identyfikuje twarze ludzkie   Coyne   2017-06-16
W naukę się  nie wierzy, naukę się uprawia   Koraszewski   2017-06-15
Ryzyko niewarte podejmowania: list otwarty do moich kolegów w świecie akademickim   Boutwell   2017-06-14
Intersekcjonalny feminizm kwantowy   Coyne   2017-06-13
Antynaukowe przesłanie „Frankensteina” zawsze było głupie   Ridley   2017-06-12
Superantybiotyki na supermikroba   Novella   2017-06-10
Jeden bit różnicy, czyli cyberjasyr od powicia   Maszkowski   2017-06-08
Dobór sztuczny w działaniu: więcej słoni rodzi się bez ciosów   Coyne   2017-06-06
Rolnictwo organiczne nie służy środowisku   Novella   2017-06-04
Nikt nie wie jak najlepiej zwalczać otyłość   Ridley   2017-06-02
Akupunktura kontra nauka, wersja lingwistyczna     2017-06-01
Więcej antyszczepionkowej pseudonauki   Novella   2017-05-30
Podróże po Meddle Earth   Naskręcki   2017-05-28
Badacz: Ludzki zmysł węchu jest lepszy niż wszyscy myślą; może rywalizować z psim!   Coyne   2017-05-27
Wiatr jest czymś nieistotnym dla debaty o klimacie i energii   Ridley   2017-05-25
Nowa mistyfikacja akademicka: sfingowany artykuł o “penisie konceptualnym” opublikowało “wysokiej jakości, recenzowane przez specjalistów” pismo nauk społecznych   Coyne   2017-05-22

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Religia pieklo



Nienawisc



Niedożywienie w Ugandzie



Ewolucja nieunikniona



Starty z powierzchni


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