[2012.01.14] 现场抽查

2012-1-18 15:08| 发布者: lilywizardry| 查看: 4321| 评论: 2|原作者: 千杯之心

摘要: 猫毛色和植被分布之间的类似关系给人以启示

数学生态学

现场抽查

猫毛色和植被分布之间的类似关系给人以启示

077 Science and technology - Mathematical ecology.mp3

Jan 14th 2012 | BOSTON | from The Economist print edition

在干旱地区，一些树和灌丛生长排布从高处看就像猫科动物身上的条纹和斑点，因此得名虎灌丛。1月4日-7日，在波士顿举办的美国数学系会和美国数学联合会的一次会议上，来自华盛顿州立大学的Bonni Kealy发言，如果她所讲属实，那么虎灌丛这个绰号比创造者的理由都更恰如其分。

Kealy博士和同事David Wollkind认为在虎灌丛和猫科动物的条纹两个例子上，大自然都使用了同一本几何复写本，准确地讲是非线性偏微分方程。动物斑驳的皮毛被认为是反应扩散过程的结果。这就好比一场拔河，较量双方是两种化学物，既有扩散到环境中的趋势，也有向彼此靠近的倾向。

比赛结果是化学物质相对浓度形成稳定、通常很复杂的状态。如果扩散环境是动物胚胎，反应物是诱发身体色素产生细胞差异的荷尔蒙，那么结果就是斑驳的颜色。因为动物皮毛和虎灌丛图案看起来很像，所有Kealy博士和Wollkind博士才推断它们的产生过程可能类似-至少从数学层面看是有可比性的。

为了验证他们的理论，这两位研究者首先需要找到诱发差异的起类似作用的化学物质：两种化学物质的相对浓度影响植被分布，都有扩撒和向对方转化的趋势。水和植物似乎很符合这个条件。两者对虎灌丛形成都至关重要，且都有扩散的趋势：水渗透进土壤；植物喷射出种子或孢子。不太明显的是实质上它们都向对方靠近。植物从土壤里汲取水分得意生长，植物死后就不会再耗费水分。

这个想法激发Kealy博士和Wollkind博士提出新的方程，一旦放进电脑模拟的反应扩散过程，就能出现虎灌丛模式的所有变体，包括最复杂的。早先的模型视图利用水流和植物生长来解释虎灌丛是如何形成那样的条纹的，但是只能解释最简单的图案。Kealy博士的模型则准确无误。

感谢译者 千杯之心 点击此处阅读双语版