Các nhà khoa học đã tìm ra cách loài nhện tìm ra phần nào trên mạng mà nạn nhân của chúng có được

Mục lục:

Các nhà khoa học đã tìm ra cách loài nhện tìm ra phần nào trên mạng mà nạn nhân của chúng có được
Các nhà khoa học đã tìm ra cách loài nhện tìm ra phần nào trên mạng mà nạn nhân của chúng có được
Anonim

Các nhà toán học đã phát hiện ra một nguyên tắc đơn giản cho phép nhện tìm ra phần nào của lưới bẫy mà nạn nhân tiếp theo rơi vào, đồng thời sử dụng web để liên tục thu thập thông tin về môi trường. Phát hiện của họ đã được công bố trên Tạp chí SIAM về Toán ứng dụng.

"Mạng nhện là một cấu trúc tự nhiên, rất nhẹ và trang nhã, có sức mạnh to lớn so với khối lượng của nó. Cho đến nay, chúng tôi thậm chí chưa có một mô hình cơ học đơn giản nào có thể mô tả hoạt động và bản chất của hệ thống rung động hai chiều này, "một trong những tác giả của nó, giáo sư toán học từ Đại học Udine (Ý) Antonio Morassi.

Mạng nhện đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trong nhiều thập kỷ. Ví dụ, các kỹ sư và nhà toán học quan tâm đến các nguyên tắc cấu trúc của web, các nhà sinh hóa và nhà hóa học - thành phần của nó và khả năng sử dụng các thành phần của nó trong thực tế, và các nhà tiến hóa - về cách nhện học cách dệt những mạng bẫy như vậy.

Các nhà khoa học hy vọng rằng những thí nghiệm này sẽ giúp nhân loại "sao chép" một số phát minh của tự nhiên và dạy chúng ta sử dụng chúng cho mục đích riêng của mình. Ví dụ, vào tháng 7 năm nay, các nhà di truyền học đã giải mã bộ gen của nhện Madagascar, loài dệt nên mạng lưới bẫy mạnh nhất trên Trái đất, và phát hiện ra một loại protein độc đáo giúp lưới bẫy của chúng mạnh hơn Kevlar gấp 10 lần.

Morassi và đồng nghiệp Alexandre Cavano từ Đại học São Paulo (Brazil) đã tìm ra câu trả lời toán học cho một trong những bí ẩn sinh học chính - làm thế nào loài nhện gần như ngay lập tức xác định được phần nào trên mạng của chúng mà nạn nhân tiếp theo đã rơi vào, đồng thời phân biệt nó với ngẫu nhiên gió thổi hoặc gió thổi của cành cây …

Săn toán học

Mạng được dệt từ các sợi hướng tâm và xoắn ốc, có thành phần và chức năng khác nhau. Loại thứ hai bao gồm nhiều loại tơ "mềm", dính vào nạn nhân và ngăn nạn nhân thoát khỏi lưới của thợ săn. Các sợi xuyên tâm được tạo thành từ một sự biến đổi mạnh mẽ của các sợi protein này giúp giữ mạng ở vị trí và ngăn nó không bị cong vênh.

Trước đây, các nhà toán học đã cố gắng biểu diễn chúng dưới dạng cấu trúc một chiều mà các dao động được tạo ra bởi "bữa tối" của con nhện hoặc bởi các quá trình ngẫu nhiên lan truyền. Các mô hình này đã làm rất tốt việc mô tả các loại dao động khác nhau phát sinh như thế nào, nhưng chúng không thể giải thích chính xác cách kẻ săn mồi tám chân xác định loại của chúng và xác định nguồn gốc của chúng.

Cavanaugh và Morassi đã giải quyết vấn đề này bằng cách tưởng tượng mạng nhện như một loại màng hai chiều, bao gồm nhiều sợi đan xen vào nhau thuộc hai loại. Các dạng dao động khác nhau lan truyền dọc theo bề mặt của màng này. Cách tiếp cận này cho phép họ đặt mình vào vị trí của một con nhện đang ẩn nấp ở trung tâm của mạng lưới và hiểu cách nó "nghe thấy" nạn nhân, tiếng gió và các nguồn tiếng ồn khác.

Các tính toán đã chỉ ra rằng một kẻ săn mồi xác định vị trí của con mồi bằng cách so sánh lực căng của các sợi hướng tâm khác nhau chạm vào chân của nó thay đổi bao nhiêu. Theo các nhà nghiên cứu, 8 chân của nhện là khá đủ để xác định rõ ràng nguồn gốc của các rung động và hiểu được nguyên nhân gây ra chúng.

Theo Morassi, các nguyên tắc toán học tương tự có thể được áp dụng để tạo ra cảm biến áp suất siêu nhạy và các cảm biến khác, tương tự như nguyên lý của thiết bị trên web, cũng như để giải quyết các vấn đề thực tế khác.

Đề xuất: