Matematik imiterar livet. Den nya modellen gör att olika bladlager kan växa i olika hastigheter, en nödvändig komponent för att generera den böjning som behövs för ett skålformat lotusblad, visas här som modellprognosen (vänster), sett i naturen (mitten), och som det visade sig i experiment med ett bladimiterande gummi (höger). Upphovsman:F. Xu et al., Phys. Rev Lett. (2020)
En trio forskare vid Fudan University har förbättrat en matematisk modell så att den kan förutsäga formen på olika bladtyper på lotusplantor. I deras tidning publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , gruppen beskriver deras matematiska arbete och hur de testade det med verkliga material.
År 2008, ett team i Frankrike skapade en matematisk modell för att beskriva mjukvävnadstillväxt som ett sätt att förutsäga hur alger och svampformer uppstår. I denna nya insats, forskarna utvidgade den tidigare modellen till att omfatta bladtillväxt på växter.
Den nya modellen innehåller två nya element i tillväxtprognoser:löv som flyter på vatten och cellskikt på löv som växer i olika takt, vilket resulterar i bladböjning. I synnerhet, forskarna modifierade den tidigare modellen för att förklara hur lotusväxter kan producera två sorters bladmönster. Lotusblad som flyter på vattenytan är platta med krusiduller runt kanterna. Blad som växer ovanför vattnet är skålformade. Genom att tillåta de två nya elementen, forskarna kunde exakt modellera och förutsäga tillväxtmönster för lotusblad.
I båda fallen, modellen tog hänsyn till effekterna av de vågiga kanterna som uppstår när ett blad växer med mer yta än vad som får plats på en slät yta. Med vattenbundna löv, energin som krävs för att lyfta vidhäftande vatten minimeras av den platta konfigurationen. Bladen som växer ovanför vattnet dras inte ner av vattnets vikt - de kan växa till vilken form som helst. Men eftersom celler växer snabbare där solljuset träffar dem, de bildar skålar som följer solen som solrosor. Skålväggarnas branthet varierar beroende på miljöförhållanden.
Modellen testades inledningsvis via datorsimuleringar. Det sattes sedan till ett verkligt test genom att använda en material-stand-in för lotusblad som var mycket lättare att testa. Materialet de valde växer när vatten appliceras. Det gjorde att forskarna kunde se hur materialet skulle ta form när de flyter på vatten kontra när det hängde ovanför det. Testet visade att bladen formades i samma former som lotusväxter.
Vatteneffekt på morfogenes av olika vattenväxtblad. Kreditera: Fysiska granskningsbrev (2020). DOI:10.1103/PhysRevLett.124.038003
© 2020 Science X Network
