لماذا يبدو القرنبيط غريبًا ؟
هل سبق لك أن حدقت في القرنبيط قبل تحضيره وتوهت في شكله الجميل المذهل؟ ربما لا ، إذا كنت في عقلك الصحيح ، لكنني أؤكد لك أن الأمر يستحق المحاولة، ما ستجده هو أن ما يبدو للوهلة الأولى كأنه نقطة غير متبلورة له انتظام مذهل.
إذا ألقيت نظرة جيدة ، فسترى أن العديد من الزهيرات تبدو متشابهة وتتألف من نسخ مصغرة من نفسها. في الرياضيات ، نسمي هذه الخاصية التشابه الذاتي ، وهي سمة مميزة للأشياء الهندسية المجردة تسمى الفركتلات. .
لكن لماذا يمتلك القرنبيط هذه الخاصية؟ توصلت الدراسة الجديدة ، المنشورة في مجلة Science ، إلى إجابة.
هناك العديد من الأمثلة على الفركتلات في الطبيعة ، مثل بلورات الجليد أو الفروع على الأشجار.
في الرياضيات ، يستمر عدد نسخ النمط الأولي بلا حدود. يمثل القرنبيط مستوى عالٍ من هذا التشابه الذاتي ، حيث يتضمن سبع نسخ أو أكثر من البرعم "نفسه".
قرنبيط رومانسكو. كيرت / شاترستوك
يظهر هذا بشكل أكثر وضوحًا على القرنبيط الرومانسكي (يُسمى أحيانًا القرنبيط الرومانسكي بسبب لونه) ، وهي إحدى الصور الأولى التي ستظهر إذا بحثت عن "فركتلات نباتية" على الإنترنت. .
ما يلفت الانتباه في رومانسكو هو البراعم الهرمية المحددة جيدًا والتي تتراكم على طول اللوالب اللامتناهية.
توجد اللوالب في العديد من النباتات ، وهي النمط الرئيسي لتنظيم النبات - وهو موضوع تمت دراسته لأكثر من 2000 عام . ولكن على الرغم من أن القرنبيط يشترك في اللوالب مع معظم النباتات الأخرى ، فإن التشابه الذاتي بينهما فريد من نوعه. من أين تأتي هذه الميزة الخاصة؟ وهل حلزونات القرنبيط تنشأ من نفس الآليات الموجودة في النباتات الأخرى؟
الغموض العلمي
قبل نحو 12 عاما انضممت الى اثنين من زملائي في فرنسا، فرانسوا Parcy و كريستوف غودين ..
لقد أمضينا ساعات طويلة في تفكيك الأزهار بشكل محموم ، وعدّها ، وقياس الزوايا بينها ، ودراسة الأدبيات حول الآليات الجزيئية الكامنة وراء نمو القرنبيط ، ومحاولة إنشاء نماذج حسابية واقعية لهذه الكرنب الغامض.
أرابيدوبسيس القرنبيط
كانت معظم البيانات المتاحة عن نبات Arabidopsis thaliana ، المعروف أيضًا باسم نبات الزهرة "thale cress". على الرغم من أن هذا حشيش ، إلا أنه ذو أهمية قصوى في بيولوجيا النبات الحديثة لأنه تمت دراسة علم الوراثة على نطاق واسع لسنوات عديدة ، بما في ذلك العديد من المتغيرات . واتضح أنها مرتبطة بجميع أنواع الملفوف ، التي تنتمي إلى عائلة تعرف باسم brassicaceae . في الواقع ، يحتوي نبات الأرابيدوبسيس على نسخته الخاصة من القرنبيط ، والتي تنشأ من طفرة بسيطة تنطوي على زوج واحد فقط من الجينات المتشابهة .. لذا فإن جينات هذا النبات الطافرة تشبه إلى حد بعيد جينات القرنبيط.
نبات الأرابيدوبسيس
إذا قضيت بعض الوقت في مراقبة الفروع على طول جذع بعض الأعشاب الضارة في حديقتك ، على سبيل المثال (والتي من المحتمل أن تشمل أقرباء نبات الأرابيدوبسيس ) ، فسترى كيف يتابعون بعضهم البعض عن كثب ، بنفس الزاوية بين كل زوج متتالي. . وإذا كان هناك أعضاء كافية على طول هذا اللولب ، فستبدأ في رؤية حلزونات أخرى ، تسير في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة.
إذا تمكنت من حساب اللوالب ، فستكون عادةً أرقامًا في مكان ما على طول تسلسل فيبوناتشي ، حيث يتم العثور على الرقم التالي في التسلسل عن طريق جمع الرقمين قبله. هذا يعطي 0 ، 1 ، 1 ، 2 ، 3 ، 5 ، 8 ، 13 ، إلخ. في القرنبيط النموذجي ، توقع أن ترى خمسة لولبات تتحرك في اتجاه عقارب الساعة وثماني حلزونات تتحرك في اتجاه عقارب الساعة ، أو العكس.. لكن لماذا؟ لفهم كيفية تطور هندسة النباتات على مدار حياتها ، نحتاج إلى الرياضيات - وأيضًا المجاهر.
خمس زهيرات متشابهة في اتجاه عقارب الساعة على قرنبيط.
ثمانية لولبيات عكس اتجاه عقارب الساعة على نفس القرنبيط
نحن نعلم الآن أنه لكل نبات ، يتكون اللولب الرئيسي بالفعل على مستويات مجهرية . يحدث هذا في وقت مبكر جدًا من تطوره. في هذه المرحلة ، يتألف من نقاط ، يتم فيها التعبير عن جينات محددة جدًا (قيد التشغيل). تحدد الجينات المعبر عنها في بقعة ما ما إذا كانت هذه البقعة ستنمو إلى فرع أو ورقة أو زهرة.
لكن الجينات تتفاعل في الواقع مع بعضها البعض ، في "شبكات جينية" معقدة - مما يؤدي إلى التعبير عن جينات معينة في مجالات محددة وفي أوقات محددة. هذا يتجاوز الحدس البسيط ، ولذلك يعتمد علماء الأحياء الرياضية على المعادلات التفاضلية لكتابة نماذج لشبكات الجينات هذه للتنبؤ بسلوكهم.
لمعرفة كيفية نمو القرنبيط في شكله الغريب بعد تشكل الأوراق القليلة الأولى ، قمنا ببناء نموذج يتضمن مكونين رئيسيين. كانت هذه وصفًا للتكوين الحلزوني الذي نراه في القرنبيط الكبير ، ونموذجًا لشبكة الجينات الأساسية التي نراها في نبات الأرابيدوبسيس . ثم حاولنا مطابقة الاثنين حتى نتمكن من معرفة الجينات التي أدت إلى بنية القرنبيط.
وجدنا أن أربعة جينات رئيسية هي اللاعبين الأساسيين: الأحرف الأولى منهم هي S و A و L و T ، والتي من الواضح أننا مازحنا بشأنها. إن الحرف "A" مفقود في نباتات نبات الأرابيدوبسيس المزهرة التي تحورت لتصبح شبيهة بالقرنبيط ، وهو أيضًا جين يدفع البقع لتصبح أزهارًا.
ما يجعل القرنبيط مميزًا للغاية هو أن هذه البقع في الطرف المتنامي تحاول أن تتحول إلى أزهار لبعض الوقت (تصل إلى عدة ساعات) ، لكنها تفشل في ذلك بسبب نقص "أ". بدلاً من ذلك ، تتطور إلى سيقان ، والتي تتحول إلى سيقان وما إلى ذلك - تتكاثر بلا حدود تقريبًا دون أن تنمو الأوراق ، مما يؤدي إلى ظهور براعم القرنبيط شبه المتطابقة.
الوقت الذي يقضونه في المحاولة أمر أساسي - لقد سمح لنا الحصول على هذا بشكل صحيح في نموذجنا بإعادة إنتاج القرنبيط والرومانسكوس بالضبط على الكمبيوتر. لقد أكدنا أن هذا كان صحيحًا من خلال تغيير النمو في نبات متحولة نبات أرابيدوبسيس الواقعي للقرنبيط ، وتحويله بشكل فعال إلى شكل يشبه إلى حد كبير شكل رومانسكو مصغر.
إنه لأمر مدهش مدى تعقيد الطبيعة. .
في المرة القادمة التي تتناول فيها القرنبيط على العشاء ، خذ لحظة للاستمتاع به قبل تناوله.
إتيان فاركوت ، جامعة نوتنجهام
رد مع اقتباس
وموضوع قيم فعلا معلومات رائعة شكرا جزيلا ست سوزان لنقل الفائدة
