Prawda

Piątek, 18 października 2019 - 10:43

« 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 1016 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Pro-life czyli czarodziej z Krotoszyna   Koraszewski   2019-10-18
Biologia rozwoju ujawnia ewolucyjną historię   Novella   2019-10-15
Niebezpieczne życie antropologa   Blackwell   2019-10-12
Swędzikami jesień się zaczyna   Łopatniuk   2019-10-11
Jak wieloryb stracił swoje geny   Coyne   2019-10-10
Używanie sztucznej inteligencji do diagnozy   Novella   2019-10-08
Niespodzianka! Koty są tak samo przywiązane do swojego personelu jak psy i niemowlęta   Coyne   2019-10-05
Oburzenie, stronniczość i niestabilność prawdy   Novella   2019-10-04
O zmianie klimatu: ludzkość nie jest „nikczemna”   Lomborg   2019-10-03
Postmodernizm wyjaśniony i krytykowany   Coyne   2019-09-30
Uzdrawianie kryształami   Novella   2019-09-26
Kolejna rewolucja w rolnictwie   Novella   2019-09-24
Opory przeciwko szczelinowaniu są oparte na ideologii, a nie na nauce   Jacoby   2019-09-23
St Paul Island część 5   Lyon   2019-09-21
Co to jest czerwona rtęć?   Novella   2019-09-20
Jaka sztuka siedzi w naszych genach i czy to aby nie kicz?   Koraszewski   2019-09-19
Fałszywe wspomnienia i Fake News   Novella   2019-09-18
Kolejna próba odrzucenia teorii Darwina   Coyne   2019-09-17
Choroba zielonych mięśni   Łopatniuk   2019-09-14
”Sygnalizowanie cnoty” może nas irytować. Cywilizacja byłaby jednak bez niego niemożliwa    Miller   2019-09-13
Foka Weddela wygryza w lodzie otwory do oddychania   Coyne   2019-09-12
DNA i Loch Ness   Novella   2019-09-11
Nowa i ważna czaszka hominina z Etiopii   Coyne   2019-09-10
St Paul Island, Część 4   Lyon   2019-09-06
Biały jak śnieg, żółciutki jak kaczuszka   Łopatniuk   2019-09-04
Pingwiny geje? Nie tak szybko   Coyne   2019-09-03
Czego może nas nauczyć była zwolenniczka antyszczepionkowców, Kelley Watson-Snyder     2019-08-30
Bezzbożowa karma dla psa   Novella   2019-08-29
Odrażające życie płciowe pingwinów białookich   Coyne   2019-08-28
Badanie akupunktury jako terapii na dławicę piersiową   Novella   2019-08-23
Pradawna gigantyczna papuga z Nowej Zelandii: metr wysokości i waga 7 kilogramów!   Coyne   2019-08-22
Alaska — nurniczki i obopólny dobór płciowy   Lyon   2019-08-20
Zła nauka promuje organiczne jabłka   Novella   2019-08-19
Gąsienica zmienia kolor, żeby dopasować się do podłoża nie używając oczu: potrafi widzieć skórą!   Coyne   2019-08-16
Pseudonaukowa histeria to nie jest dobra odpowiedź na klimatyczne wyzwania   Lomborg   2019-08-14
GMO i model deficytu wiedzy   Novella   2019-08-12
Po raz pierwszy użyto edytowania genów CRISPR do leczenia zaburzenia genetycznego – anemii sierpowatej   Coyne   2019-08-08
Maskonury z wyspy St. Paul na Alasce   Lyon   2019-08-07
Zbieg okoliczności czy prawo wielkich liczb?   Novella   2019-08-06
I pijcie łzy moje, czyste rzęsiste   Łopatniuk   2019-08-03
Kształtowanie opinii o nauce i medycynie   Novella   2019-08-02
Nowe badanie dotyczące zwrotu zgubionych portfeli: ludzie na świecie są uczciwsi niż myślisz, ale czytelnik wyliczył, że uczciwość jest większa w mniej religijnych krajach   Coyne   2019-08-01
Praktykowanie medycyny bez uprawnień nie jest wolnością słowa   Novella   2019-07-31
Radujcie się, Ziemia staje się zieleńsza   Ridley   2019-07-30
Spiski wokół ptaków   Novella   2019-07-29
Matt Meselson opisuje swój najsłynniejszy eksperyment (z Frankiem Stahlem)   Coyne   2019-07-26
Niemający rozeznania filozof twierdzi, że gatunki nie istnieją   Coyne   2019-07-23
Więcej złych wiadomości dla dilerów witamin   Novella   2019-07-22
Starożytny ptak z nadzwyczaj długim palcem   Coyne   2019-07-19
YouTube i szarlataneria leczenia raka dietą   Novella   2019-07-18
“Współczesny” Homo sapiens mógł być w Eurazji aż 210 tysięcy lat temu   Coyne   2019-07-17
Hodowanie mini-mózgów z komórek macierzystych   Novella   2019-07-15
Szczepionka HPV działa. Koniec kropka     2019-07-13
Efekt przechodnia   Novella   2019-07-11
Prątkiem w raka, czyli co ma gruźlica do raka pęcherza   Łopatniuk   2019-07-06
Opowieści o nauce zastępują fikcję w Teatrze Narodowym Ugandy   Ongu   2019-07-05
Pleśń w przestrzeni kosmicznej   Novella   2019-07-03
Pterozaury: Czy umiały latać od razu po wykluciu się?   Coyne   2019-07-02
Ludziom rosną rogi? – Złe informowanie o nauce   Novella   2019-07-01
Przemysł ”wellness”   Novella   2019-06-28
Nazywanie zmiany klimatu ”katastrofalną” utrudnia znalezienie realnych odpowiedzi   Lomborg   2019-06-26
Olbrzymie straszyki mają zostać ponownie wprowadzone na wyspę Lord Howe   Coyne   2019-06-25
Amonit (i masa innych stworzeń) znaleziona w birmańskim bursztynie   Coyne   2019-06-21
Ślubowanie o zniesieniu grzechu   Ridley   2019-06-20
Nowe informacje o dzieciach CRISPR   Novella   2019-06-17
Słonie mają fantastyczny węch (lepszy niż psy): są jedynymi zwierzętami, które potrafią rozróżnić inne ilości pokarmu tylko po zapachu   Coyne   2019-06-14
Indyjscy farmerzy wysiali ziarna GMO w proteście obywatelskiego nieposłuszeństwa     2019-06-13
Chcąc zadowolić antyaborcjonistów administracja Trumpa tnie finansowanie badań medycznych przy użyciu tkanki płodowej   Coyne   2019-06-11
Triumf Mao: Światowa Organizacja Zdrowia oficjalnie akceptuje szarlatanerię tradycyjnej chińskiej medycyny     2019-06-04
Ale jak to bezbarwnikowy?   Łopatniuk   2019-06-01
Na zdrowie: izraelscy naukowcy warzą piwo na ”wskrzeszonych” drożdżach sprzed 5000 lat     2019-05-31
Skąd wiemy to, co wiemy?   Novella   2019-05-28
Samice bonobo (ale nie samice szympansów) pomagają swoim synom w zdobywaniu partnerek   Coyne   2019-05-25
Dlaczego ludzie sprzeciwiają się technologiom, które zmniejszają szkody?   Ridley   2019-05-24
Nowa praca o nielotnych chruścielach rażąco przesadzona i wypaczona w popularnych mediach   Coyne   2019-05-22
Trenowanie sztucznej inteligencji, żeby widziała jak człowiek   Novella   2019-05-21
A polać wielką wodą…   Cipiur   2019-05-18
Wykrywanie kłamstw w mózgu   Novella   2019-05-17
Walka o zachowanie bioróżnorodności   Ridley   2019-05-15
Niezwykły przypadek mimikry: skaczący pająk naśladuje gąsienicę   Coyne   2019-05-14
Selektywnie stosowana koncepcja tabula rasa i ideologicznie motywowane nieporozumienia   Cory Clark   2019-05-09
Dlaczego szarlatani nie powinni nadzorować sami siebie     2019-05-08
Kiedy naukowcy nie tolerują odmiennego zdania   Weber   2019-05-07
Przegapione odkrycia w historii nauki   Ridley   2019-05-02
W obronie scjentyzmu   Winegard   2019-04-30
Akupunktura kwantowa   Novella   2019-04-23
Nie tylko kakao   Łopaniuk   2019-04-20
Wstęga Möbiusa sprzecznych egocentryzmów poznawczych   Landes   2019-04-18
Kolejne badania nad bzdurą   Novella   2019-04-17
Licząca 43 miliony lat forma przejściowa: wodno-lądowy wieloryb    Coyne   2019-04-15
Zdumiewające możliwości docenienia i wykorzystania neuroróżnorodności   Koraszewski   2019-04-12
Jak sobie radzić ze skrajnymi wydarzeniami pogodowymi?   Lomborg   2019-04-09
Najbardziej zabójczy dzień na Ziemi   Novella   2019-04-06
Zaprzeczanie neuronauce o różnicach płci   Cahill   2019-04-05
Zwierzęce roboty   Novella   2019-04-04
Technologia pomaga w kryzysach wodnych na całym globie   Cohen   2019-04-02
Niezwykłe skamieniałości kambryjskie porównywalne do tych z łupków z Burgess   Coyne   2019-03-30
Tak wygląda dobre dziennikarstwo   Novella   2019-03-29
Wzrost sektora nasiennictwa w Ugandzie demaskuje główne twierdzenie anty- GMO   Ongu   2019-03-21
Ewolucja „nieredukowalnie złożonych” białek zapobiegających zamarzaniu u ryb polarnych (i policzek wymierzony Behemu)   Coyne   2019-03-20

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy



Skomplikowana ewolucja



Argument neuroróżnorodności



Nowe badanie pamięci długotrwałej


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