Bagaimana Codebreaker Paling Terkenal di Dunia Membuka Rahasia Kecantikan Alam

ilmu Tidak perlu memanggil pemadam kebakaran. rokopix / Shutterstock

Keluar ke alam mungkin tampak seperti dunia yang jauh dari ruang kelas matematika. Tetapi keindahan yang mengelilingi kita memiliki keteraturan - dan salah satu pemecah kode terbaik di dunia adalah kunci untuk membukanya.

Alan Turing mungkin terkenal karena mendekripsi pesan-pesan Jerman yang dibuat oleh mesin teka-teki mereka dalam Perang Dunia II. Tetapi ilmuwan berpengaruh berpikir tentang interaksi antara alam dan matematika sebelum kematiannya di 1954. Bahkan, miliknya makalah yang terakhir diterbitkan menjadi salah satu teori dasar biologi matematika, subjek yang ditujukan untuk memahami bagaimana mekanisme alam bekerja dengan menemukan persamaan yang menggambarkannya, dari perubahan populasi spesies hingga cara tumor kanker tumbuh.

ilmu Ikan buntal mbu mengenakan pola Turing yang sangat memukau. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing mengusulkan bahwa dua bahan kimia biologis yang bergerak dan bereaksi satu sama lain dengan cara yang dapat diprediksi secara matematis dapat menjelaskan bentuk dan pola di seluruh alam. Misalnya, bayangkan mantel cheetah adalah hutan kering dengan "api" kimia pecah di mana-mana. Bersamaan dengan itu, bahan kimia pemadam kebakaran dari pekerjaan tipe kedua mengelilingi dan mengandung api ini, meninggalkan bercak-bercak hangus - atau bintik-bintik - di lanskap berbulu.

Yang penting, kecepatan bahan kimia pemadam kebakaran harus lebih cepat daripada bahan kimia aktivator pencipta tempat untuk pola yang akan dibuat. Terlalu lambat, dan bahan kimia aktivator akan mendominasi, menyebabkan warna seragam.

Turing menghasilkan dua persamaan yang memodelkan jenis pola apa yang akan dihasilkan, baik sebagai konsentrasi dari kedua bahan kimia dan kecepatan di mana mereka meredakan perubahan. Namun, itu sangat sulit untuk menyelesaikan persamaan kompleks ini dengan mesin komputasi primitif di sekitar pada saat itu. Turing memang melakukan tugas melelahkan sekali, menghasilkan pola belang-belang yang menyerupai kulit sapi.

Dibantu oleh komputer modern, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa persamaan Turing dapat digunakan untuk meniru pola dua dimensi yang tak terhitung jumlahnya terlihat di dunia alami, dari sidik jari dan mantel binatang untuk lanskap semi-kering.

Menunjukkan bahwa reaksi dan pergerakan bahan kimia sebenarnya di balik penciptaan pola alam lebih sulit. Sebagai contoh, kita tidak bisa melihat bagaimana bintik-bintik cheetah berkembang di dalam rahim. Bahkan mengamati pola luar biasa ikan malaikat yang tumbuh berubah saat mereka berkembang dari tahap remaja hingga dewasa tidak memberikan bukti bahwa tarian dari dua bahan kimia aktivator inhibitor sedang bekerja.

Namun baru-baru ini, Pola turing in folikel rambut, bulu ayam, dan "sisik" hiu seperti gigi semuanya secara langsung terbukti dihasilkan oleh interaksi antara aktivator dan bahan kimia penghambat.

Tentu saja, alam jarang sesederhana dua bahan kimia yang berinteraksi secara terpisah. Para ilmuwan sekarang telah memperluas teori Turing untuk menjelaskan sistem yang lebih kompleks seperti tempat tidur kerang, yang memanjang hingga ratusan meter dalam pola Turing besar, dan menampilkan jenis pola yang sama sekali berbeda pada skala yang lebih kecil. Versi empat-kimia dari teori juga secara akurat memodelkan pembentukan punggung bukit di mulut vertebrata.

Menariknya, kita juga bisa menerapkan karya Turing ke seluruh jajaran pola non-visual. Sebagai contoh, penelitian saya mengeksplorasi bagaimana kita menggunakannya untuk memodelkan pola wilayah hewan. Alih-alih menggambarkan konsentrasi dan reaksi antara bahan kimia, kami menggunakan persamaan yang sama untuk menggambarkan probabilitas lokasi individu, dan interaksi antara setiap individu dan lingkungannya.

Seperti yang dapat Anda bayangkan, persamaan seringkali sangat kompleks beberapa faktor mempengaruhi gerakan binatang, dari tanda aroma dan kehadiran fisik hewan lain ke lokasi mangsa dan bahkan memori.

Tetapi pola pergerakan diprediksi oleh persamaan yang memodelkan faktor-faktor ini membandingkan secara mengejutkan baik untuk pergerakan hewan yang sebenarnya di suatu daerah. Selain menarik dalam dirinya sendiri, penelitian seperti ini dapat dilakukan bantu kami mengerti bagaimana perubahan dalam habitat suatu spesies mempengaruhi ekosistem yang lebih luas - yang bisa menjadi sangat penting mengingat ancaman kerusakan akibat kepunahan iklim menjadi ratusan ribu spesies.

Metode pemodelan pola wilayah ini bahkan dapat diperluas ke populasi manusia. Sebagai contoh, satu penelitian menunjukkan bahwa pergerakan anggota geng Los Angeles dapat diprediksi secara akurat dengan persamaan yang memodelkan lokasi pusat geng mereka dan label grafiti geng lain.

Mungkin bahkan Turing tidak akan membayangkan betapa banyak rahasia alam yang indah yang akan dibuka oleh kertas mani miliknya. Dan bukan hanya biologi matematika yang dia berikan kontribusi yang menentukan - kita harus berterima kasih kepada kejeniusannya jauh lebih banyak. Terima kasih, Alan.Percakapan

tentang Penulis

Natasha Ellison, Peneliti PhD, University of Sheffield

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}