Forbedret matematisk model hjælper med at forklare forskellige lotusbladtyper

En trio af forskere ved Fudan University har forbedret en matematisk model, så den kan forudsige formen af ​​forskellige bladtyper på lotusplanter. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , gruppen beskriver deres matematiske arbejde, og hvordan de testede det med materialer fra den virkelige verden.

Tilbage i 2008, et hold i Frankrig skabte en matematisk model til at beskrive vækst af blødt væv som et middel til at forudsige de måder, hvorpå alger og svampeformer opstår. I denne nye indsats, forskerne udvidede den tidligere model til at omfatte bladvækst på planter.

Den nye model inkluderer to nye elementer i vækstforudsigelser:blade, der flyder på vand og lag af celler på blade, der vokser med forskellig hastighed, resulterer i bladbøjning. Især forskerne ændrede den tidligere model for at forklare, hvordan lotusplanter er i stand til at producere to slags bladmønstre. Lotusblade, der flyder på overfladen af ​​vandet, er flade med dikkedarer rundt om kanterne. Blade, der vokser over vandet, er skålformede. Ved at tage højde for de to nye elementer, forskerne var i stand til nøjagtigt at modellere og forudsige vækstmønstre for lotusblade.

I begge tilfælde modellen tog højde for virkningen af ​​de bølgede kanter, der opstår, når et blad vokser med mere overfladeareal, end der kan passe på en glat overflade. Med vandbundne blade, den energi, der kræves til at løfte vedhæftende vand, minimeres af den flade konfiguration. Bladene, der vokser over vandet, trækkes ikke ned af vandets vægt – de kan frit vokse til enhver form. Men fordi celler vokser hurtigere, hvor sollys rammer dem, de danner skåle, der følger solen som solsikker. Skålvæggenes stejlhed svinger afhængigt af miljøforhold.

Modellen blev i første omgang testet via computersimuleringer. Det blev derefter testet i den virkelige verden ved at bruge et materiale-stand-in til lotusblade, der var meget nemmere at teste. Materialet, de valgte, vokser, når der påføres vand. Det gjorde det muligt for forskerne at se, hvordan materialet ville tage form, når det flyder på vandet, kontra når det var suspenderet over det. Testen viste, at bladene dannede sig i samme former som lotusplanter.

© 2020 Science X Network