211service.com
Algoritme onthult geheimen van bladvorm
Bladeren zijn in de loop van miljoenen jaren geëvolueerd om de lichtverzameling, het transport van voedingsstoffen van en naar het plantenlichaam en de mechanische stabiliteit tegen natuurlijke stress te optimaliseren, zegt David Young, een natuurkundige bij de Lawrence Livermore National Laboratories in de buurt van San Francisco.
De puzzel is hoe bladeren uitgroeien tot zo'n grote verscheidenheid aan vergelijkbare vormen. Welk proces kan deze groei sturen? Het is duidelijk dat er een genetische component is voor bladgroei, maar dat kan niet het hele verhaal zijn, omdat bladeren van dezelfde plant soms verschillende vormen aannemen, een fenomeen dat bekend staat als heteroblastie. Dat komt omdat omgevingsfactoren zoals voeding, zonlicht ook de groei en vorm beïnvloeden.
Verschillende theorieën proberen de bladvorm te verklaren met behulp van ideeën zoals fractals en het Turing-reactie-diffusieproces. Maar geen enkele geeft een overtuigende verklaring voor de verscheidenheid aan bladvormen die in de natuur voorkomen.
Tegenwoordig probeert Young dat te veranderen door een eenvoudig model van bladgroei naar voren te brengen dat een groot deel van het spectrum van bladvormen reproduceert dat in de natuur voorkomt. Mijn doel is om niet alleen het scala aan bladvormen in de hogere planten te verklaren, maar ook de grote variaties in vorm die te zien zijn in bladeren van nauw verwante planten, zegt hij.
In zijn model wordt de groei van bladlobben bepaald door de positie van bladnerven. Het blad groeit dan gewoon in 2 dimensies op een manier die wordt aangestuurd door een eenvoudig algoritme. Het is dit groeipatroon dat de uiteindelijke vorm van het blad bepaalt. In het model van Young is de uiteindelijke bladvorm eigenlijk een toevallig bijproduct van dit groeiproces.
Dat is een interessante en krachtige aanpak. Door slechts een handvol parameters te variëren, kan Young een verrassend rijke verscheidenheid aan vormen produceren. Zijn model produceert bijvoorbeeld verschillende eiken-, acer-, populier- en wilgenachtige bladeren en nog veel meer.
Het produceert ook een of twee vormen die niet in de natuur voorkomen, wat de vraag oproept waarom natuurlijke selectie ze lijkt te hebben vermeden.
Misschien wel het belangrijkste is dat het algoritme van Young biologisch aannemelijk is: het is niet moeilijk om te zien hoe genetische en omgevingsprocessen zich op deze manier kunnen gedragen.
Wat hij nu nodig heeft, is iemand die de parameters van het algoritme in kaart brengt op de echte genetische/chemische processen die plaatsvinden in bladeren terwijl ze groeien. Dat kan wat werk vergen, maar plantenbiologen gaan het zeker niet te buiten. Vrijwilligers?
Referentie: arxiv.org/abs/1004.4388 : Groei-algoritmemodel van bladvorm