कैसे दुनिया के सबसे प्रसिद्ध कोडब्रेकर ने प्रकृति के सौंदर्य के रहस्य को खोल दिया

विज्ञान फायर ब्रिगेड को बुलाने की जरूरत नहीं। rokopix / Shutterstock

प्रकृति में बाहर निकलना एक गणित की कक्षा से दूर दुनिया लग सकती है। लेकिन हमारे आस-पास की सुंदरता के पास ऑर्डर है - और दुनिया के सबसे अच्छे कोडब्रेकर्स में से एक इसे अनलॉक करने की कुंजी थी।

एलन ट्यूरिंग को द्वितीय विश्व युद्ध में उनकी पहेली मशीन द्वारा बनाए गए जर्मन संदेशों को डिक्रिप्ट करने के लिए जाना जा सकता है। लेकिन वो प्रभावशाली वैज्ञानिक 1954 में उनकी असामयिक मृत्यु से पहले प्रकृति और गणित के बीच की बातचीत के बारे में बहुत गहराई से सोचा। वास्तव में, उसकी अंतिम प्रकाशित पेपर गणितीय जीवविज्ञान के संस्थापक सिद्धांतों में से एक बन गया, यह समझने के लिए समर्पित विषय है कि प्रकृति के तंत्र कैसे समीकरणों का पता लगाकर काम करते हैं, जो उन्हें बताते हैं, प्रजातियों की आबादी से लेकर कैंसर के ट्यूमर के बढ़ने के तरीके तक।

विज्ञान एक म्बू पफ़रफ़िश एक विशेष रूप से मंत्रमुग्ध करने वाला ट्यूरिंग पैटर्न पहने हुए है। डेनिस जैकबसेन / शटरस्टॉक

ट्यूरिंग ने प्रस्तावित किया कि दो जैविक रसायन एक-दूसरे के साथ गणितीय रूप से पूर्वानुमानित तरीके से चलते और प्रतिक्रिया करते हैं, जो प्रकृति के आकार और पैटर्न की व्याख्या कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, कल्पना कीजिए कि एक चीता का कोट एक सूखा जंगल है जिसमें रासायनिक "आग" होती है जो चारों ओर से टूट जाती है। इसके साथ ही, एक दूसरे प्रकार के अग्निशमन रसायन इन आग को घेरने और उनमें काम करने के लिए काम करते हैं, जिससे चारदीवारी - या धब्बे - प्यारे परिदृश्य में निकल जाते हैं।

महत्वपूर्ण बात यह है कि पैटर्न बनाने के लिए स्पॉट-क्रिएटिंग एक्टिवेटर केमिकल की तुलना में अग्निशमन अवरोधक रसायन की गति तेज होनी चाहिए। बहुत धीमी गति से, और एक्टिवेटर केमिकल हावी होगा, जिससे एकसमान रंग पैदा होगा।

ट्यूरिंग दो समीकरणों के साथ आया था कि मॉडल किस तरह के पैटर्न को दो रसायनों की सांद्रता और जिस गति से वे फैलते हैं, दोनों के रूप में उत्पादित किया जाएगा। हालांकि, उस समय के आसपास आदिम कंप्यूटिंग मशीनों के साथ इन जटिल समीकरणों को हल करना अविश्वसनीय रूप से कठिन था। ट्यूरिंग ने एक बार हालांकि श्रमसाध्य कार्य किया, जो एक गाय की त्वचा जैसा दिखता था।

आधुनिक कंप्यूटरों द्वारा सहायता प्राप्त, वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि ट्यूरिंग के समीकरणों का उपयोग प्राकृतिक से पार देखे जाने वाले अनगिनत द्वि-आयामी पैटर्न की नकल करने के लिए किया जा सकता है उंगलियों के निशान और यह जानवरों के कोट सेवा मेरे अर्ध-शुष्क परिदृश्य.

यह दिखाना कि वास्तव में प्रकृति के प्रतिमानों के निर्माण के पीछे रसायनों की प्रतिक्रियाएँ और हलचलें अधिक कठिन थीं। उदाहरण के लिए, हम यह नहीं देख सकते कि गर्भ में चीता के धब्बे कैसे विकसित होते हैं। यहां तक ​​कि बढ़ती परी मछली के उल्लेखनीय पैटर्न का अवलोकन करना जैसे ही वे विकसित होते हैं, बदल जाते हैं किशोर अवस्था से वयस्कता तक यह प्रमाण नहीं देता है कि दो सक्रिय अवरोधक रसायनों का एक नृत्य काम पर है।

हाल ही में, हालांकि, ट्यूरिंग पैटर्न in बालो के रोम, मुर्गी के पंख, तथा दांत की तरह शार्क "तराजू" सभी को सक्रिय रूप से एक उत्प्रेरक और एक अवरोधक रसायन के बीच बातचीत द्वारा उत्पादित दिखाया गया है।

निस्संदेह, प्रकृति शायद ही कभी इतनी सरल है जितना कि दो रसायनों के अलगाव में। वैज्ञानिकों ने अब ट्यूरिंग के सिद्धांत को और अधिक जटिल प्रणालियों जैसे कि समझाने के लिए बढ़ाया है मसल्स बेड, जो एक बड़े ट्यूरिंग पैटर्न में सैकड़ों मीटर तक फैलते हैं, और एक छोटे पैमाने पर पूरी तरह से अलग प्रकार के पैटर्न को प्रदर्शित करते हैं। सिद्धांत का एक चार-रासायनिक संस्करण भी सटीक रूप से मॉडल करता है लकीरें बनाना एक कशेरुक के मुंह में।

दिलचस्प है, हम ट्यूरिंग के काम को गैर-दृश्य पैटर्नों की पूरी श्रृंखला में भी लागू कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, मेरा शोध अन्वेषण करता है कि हम जानवरों के क्षेत्र पैटर्न को मॉडल करने के लिए उनका उपयोग कैसे करते हैं। रसायनों के बीच एकाग्रता और प्रतिक्रियाओं का वर्णन करने के बजाय, हमने समान समीकरणों का उपयोग व्यक्तियों के स्थान की संभावना और प्रत्येक व्यक्ति और उसके पर्यावरण के बीच बातचीत का वर्णन करने के लिए किया है।

जैसा कि आप कल्पना कर सकते हैं, समीकरण अक्सर अत्यधिक जटिल होते हैं, जैसा कि कई कारक एक जानवर के आंदोलन को प्रभावित करते हैं, से खुशबू के निशान और शिकार और यहां तक ​​कि स्मृति के स्थान पर अन्य जानवरों की भौतिक उपस्थिति।

लेकिन इन कारकों की तुलना करने वाले समीकरणों द्वारा अनुमानित आंदोलन पैटर्न आश्चर्यजनक रूप से ठीक है किसी क्षेत्र में जानवरों की वास्तविक आवाजाही के लिए। अपने आप में आकर्षक होने के साथ-साथ इस तरह के शोध भी हो सकते हैं हमें समझने में मदद करें प्रजातियों के आवास में परिवर्तन व्यापक पारिस्थितिक तंत्र को कैसे प्रभावित करते हैं - जो कि सैकड़ों हजारों प्रजातियों के विलुप्त होने के जलवायु विखंडन के खतरे को देखते हुए अत्यधिक महत्वपूर्ण हो सकता है।

मॉडलिंग क्षेत्र पैटर्न की इस पद्धति को मानव आबादी तक भी बढ़ाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, शोध का एक टुकड़ा पता चला लॉस एंजिल्स के गिरोह के सदस्यों के आंदोलन की भविष्यवाणी सटीक रूप से की जा सकती है जो उनके गिरोह के केंद्रीय स्थान और अन्य गिरोह के भित्तिचित्रों के मॉडल का वर्णन करते हैं।

शायद ट्यूरिंग ने भी नहीं सोचा होगा कि प्रकृति के खूबसूरत रहस्यों में से कितने ही उसके वीर्य के कागज को अनलॉक कर देंगे। और यह सिर्फ गणितीय जीव विज्ञान नहीं है, जिसके लिए उन्होंने एक महत्वपूर्ण योगदान दिया है - हमारे पास धन्यवाद करने के लिए उनकी प्रतिभा है इतना अधिक। धन्यवाद एलन।वार्तालाप

लेखक के बारे में

नताशा एलिसन, पीएचडी शोधकर्ता, शेफील्ड विश्वविद्यालय

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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