Ученые выяснили, как яблоки приобретают свою форму

Но задумывались ли вы когда-нибудь о форме яблока? Яблоки имеют относительно сферическую форму, за исключением характерной ямочки наверху, где растет стебель.

Как яблоки вырастают такой отличительной формой?

Теперь команда математиков и физиков использовала наблюдения, лабораторные эксперименты, теорию и вычисления, чтобы выяснить, как яблоки приобретают свою свою форму.

Статья опубликована в журнале Nature Physics. Также со статье можно ознакомиться на сайте SciTechDaily.

«Биологические формы часто образуются благодаря наличию структур, которые служат в качестве координационных центров. Эти фокусные точки могут иногда принимать форму сингулярностей, в которых локализованы деформации. Вездесущий пример можно увидеть на острие яблока, внутренней ямке, где стебель встречается с плодом», - сказал старший автор исследования, профессор прикладной математики, органической и эволюционной биологии и физики Л. Махадеван.

Махадеван разработал простую теорию, объясняющую форму и рост яблок. Затем исследователи смогли провести наблюдения за настоящими яблоками на разных стадиях роста и провести эксперименты с гелем, чтобы имитировать рост вместе с теорией и вычислениями.

Исследовательская группа начала со сбора яблок на разных стадиях роста в саду Питерхаус-колледжа Кембриджского университета в Великобритании (альма-матер другого известного любителя яблок, сэра Исаака Ньютона). Используя эти яблоки, команда нанесла на карту рост ямочки или бугорка, как они это называли.

Чтобы понять эволюцию формы яблока и, в частности, острия, исследователи обратились к давней математической теории, известной как теория сингулярностей. Теория сингулярности используется для описания множества различных явлений, от черных дыр до более обыденных примеров, таких как световые узоры на дне бассейна, распад капель и распространение трещин.

«Что интересно в сингулярностях, так это то, что они универсальны. Бугорок яблока не имеет ничего общего со световыми узорами в бассейне или каплей воды, но имеет ту же форму, что и они. Концепция универсальности идет очень глубоко и может быть очень полезной, поскольку связывает единичные явления, наблюдаемые в очень разных физических системах», - сказал Томас Майклс, бывший научный сотрудник SEAS и ведущий соавтор статьи.

Опираясь на эту теоретическую основу, исследователи использовали численное моделирование, чтобы понять, как разный рост коры плода и сердцевины способствует формированию бугорка. Затем они подтвердили моделирование экспериментами, имитировавшими рост яблок, используя гель, который со временем набухал. Эксперименты показали, что разная скорость роста основной части яблока и области стебля приводила к образованию ямкообразного бугорка.

«Изменение геометрии и состава имитаторов геля показало, как формируются множественные выступы, как это видно на некоторых яблоках и других косточках, таких как персики, абрикосы, вишни и сливы», - заявили ученые.

Команда обнаружила, что основная анатомия плода вместе с механической нестабильностью может играть совместную роль в возникновении нескольких бугорков у плодов.

«Морфогенез, буквально происхождение формы, - один из важнейших вопросов биологии. Форма обычного яблока позволила нам исследовать некоторые физические аспекты биологической сингулярности. Конечно, теперь нам нужно понять молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе образования куспида, поскольку мы медленно продвигаемся к более широкой теории биологической формы», - сказал Махадеван.

Ранее Курсор писал, что эксперты рассказали, почему зеленые яблоки полезнее красных. Многие люди ошибочно полагают, что все яблоки одинаковые и отличаются только цветом кожуры. Это не так.