Учените са разбрали как паяците откриват коя част от мрежата е попаднала жертвата им

Съдържание:

Учените са разбрали как паяците откриват коя част от мрежата е попаднала жертвата им
Учените са разбрали как паяците откриват коя част от мрежата е попаднала жертвата им
Anonim

Математиците са открили прост принцип, който позволява на паяците да разберат в коя част от мрежата си за улавяне е попаднала следващата жертва, а също така използват мрежата за постоянно събиране на информация за околната среда. Техните открития са публикувани в списание SIAM за приложна математика.

Паяжината е естествена, много лека и елегантна структура, която има огромна здравина по отношение на масата си. Досега дори нямахме опростен механичен модел, който да описва работата и естеството на тази двуизмерна вибрационна система, „един от неговите автори, професор по математика от Университета в Удине (Италия) Антонио Мораси.

Паяжината привлича вниманието на голямо разнообразие от учени в продължение на много десетилетия. Например, инженерите и математиците се интересуват от принципите на структурата на мрежата, биохимиците и химиците - нейния състав и възможностите за използване на нейните компоненти на практика, а еволюционистите - от това как паяците са се научили да тъкат такива мрежи за улавяне.

Учените се надяват, че тези експерименти ще помогнат на човечеството да „копира“някои от изобретенията на природата и ще ни научи да ги използваме за собствени цели. Например, през юли тази година, генетиците декодираха генома на паяците от Мадагаскар, които тъкат най -здравите мрежи за улавяне на Земята, и откриха уникален протеин, който прави техните мрежи за улавяне десет пъти по -силни от кевлара.

Мораси и неговият колега Александър Кавано от университета в Сао Пауло (Бразилия) намериха математически отговор на една от основните биологични мистерии - как паяците почти моментално определят в коя част от мрежата си е попаднала следващата жертва, и също така я различават от случайната удари на вятър или удари на клони …

Ловна математика

Мрежата е изтъкана от радиални и спирални влакна, чийто състав и функция се различават. Последните се състоят от "мек" сорт коприна, който се прилепва към жертвата и не й позволява да напусне мрежата на ловеца. Радиалните нишки се състоят от изключително силна вариация на тези протеинови влакна, които държат мрежата на място и я предпазват от изкривяване.

В миналото математиците са се опитвали да ги представят като едноизмерни структури, по които се разпространяват вибрации, генерирани от „вечерята“на паяка или от случайни процеси. Тези модели свършиха добра работа, описвайки как възникват различни видове трептения, но не успяха да обяснят как точно осемкракият хищник определя техния тип и локализира източниците им.

Кавано и Мораси решават този проблем, като си представят паяжината като вид двуизмерна мембрана, която се състои от много преплетени влакна от два типа. По повърхността на тази мембрана се разпространяват различни видове вибрации. Този подход им позволи да се поставят на мястото на паяк, дебнещ в центъра на мрежата, и да разберат как той „чува“жертвите си, вятъра и други източници на шум.

Изчисленията показват, че хищникът определя позицията на плячката си, като сравнява колко се променя силата на напрежение на различни радиални влакна, докосващи краката му. Осемте крака на паяка, според изследователите, са напълно достатъчни, за да се определи недвусмислено източника на вибрациите и да се разбере какво ги причинява.

Подобни математически принципи, според Мораси, могат да бъдат приложени за създаване на свръхчувствителни сензори за налягане и други сензори, подобни на принципите на устройството в мрежата, както и за решаване на други практически проблеми.

Препоръчано: