Priporočena 2019

Izbira Urednika

Podnebne spremembe lahko pospešijo satelitov
Skoraj popoln krog v vesolju
Army Biodefense Lab se zaustavi, da preveri, če kaj manjka

Math prikazuje Pingvine Samo skrbi za sebe

Anonim

Ne dovolite, da bi slavni mini-orkester-dirigent izgledal bedak: pingvini niso tako lepe. Ko cesarji pingvini zbadajo med antarktičnimi viharji, delujejo tako, kot da so vsi v njej skupaj. Toda nov matematični model kaže, kako se grozdi ptic segrejejo, pri čemer od vsake geometrije računajo vse do hitrosti vetra. Zaskrbljenost za eno kolega ptice, se izkaže, ni dejavnik.

Ne glede na vaše motivacije, ki se združujejo v skupini, je odličen način, da počakate na hladno neurje. Namesto da bi zažigali svoje lastne energetske zaloge, ki so poskušali ogreti svoja telesa, se lahko cesarji pingvini zanašajo na toplino kupa velikih pernate živali, ki jih stisne skupaj. V huddle je lahko deset ali sto teles. V notranjosti je temperatura med 20 in 37, 5 stopinj Celzija (udobno od 68 do 99, 5 stopinj Celzija). V najhujših nevihtah pingvini stisnejo kot 10 ptic na kvadratni meter.

Tiste huddles sicer niso nepomembne. Z neprekinjenim počasnim premešanjem se pingvini vrtijo skozi tvorbo. Ptice s svojimi hrbtami so izpostavljene veteru lebdeč od nje, po straneh huddle, dokler ne najdejo kakšne zaščite. Medtem so se ptice, ki so bile prej v toplem notranjosti, našli zunaj.

Tri uporabne matematike na Univerzi v Kaliforniji, Merced, so se odločili za ustvarjanje računalniškega modela pingvinov. Aaron Waters, François Blanchette in Arnold Kim so želeli ugotoviti, kako uspešna je strategija ptic in ali so pingvini izpuščeni v mrazu.

Da bi svoje pingvine spravili čim bolj čimbolj, so matematiki zamislili ptice na mrežo šesterokotnikov. To je najboljši način, da kroži stisnejo v ravnino (mislite na satja), znanstveniki na terenu pa so opazili, da se pravi pingvini poslužujejo približno tako. Raziskovalci so tudi domnevali, da imajo "pingvini v tej hiši enako velikost in obliko."

Nato so dodali vetro v model, ki se je gibal okoli hrbta drugače, odvisno od njegove celotne oblike. Potem so izračunali stopnjo, po kateri vsak računalniški pingvin izgubi toploto telesa. Poslali so najhladnejši pingvini, ki se je preseljeval po zunanji strani hrambe, dokler ni našel najtoplejše točke, na kateri bi lahko stajala, nato pa se je začela z novim najhladnejšim pingvinom.

Simulirani pingvini so stalno premikali položaje v huddle, tako kot pravi pingvini. Sčasoma se je model skušal sprejeti na obliko ravnega ovalnega in počasi potovati navzdol (kot pingvini na vetrni strani, ki so se nenehno oddaljili od njega).

Ko so izračunali izgubo toplote jate, so avtorji odkrili, da je bil njihov model hriba zelo pošten: vsak pingvin je izgubil približno enako količino toplote telesa. Toda ti model pingvini so bili programirani le za maksimiziranje lastne toplote, ne pa za upoštevanje toplote drugih pingvinov ali skupine kot celote. To pomeni, da tudi če pingvini gledajo samo zase, se celotna vročica ohranja topla, saj avtorji poročajo v PLOS ONE .

Samo zato, ker so cesarji pingvini lahko popolnoma sebični, ne pomenijo, da so, opozarjajo avtorji. Še vedno je mogoče, da so pingvini altruisti, ki organizirajo svoje huddle z razmišljanjem o skupini kot celoti. Ampak to ni potrebno razložiti, kako se obnašajo v naravi.

Obstaja ena pomanjkljivost v strategiji pingvinov: eliptična oblika, ki jo huddle prevzame, ni optimalna. Manj raztegnjene formacije bi pomagalo celotni skupini, da ostane malo bolj topla. Morda bi se cesarji pingvini posvetovali z matematikom.

*********

DODATEK: Francois Blanchette, ki je potoval, ko sem prvič stopil v stik z njim, pravi, da je to raziskavo navdihnilo (kaj drugega?) Marec pingvinov . Med gledanjem filma je opazil, da so bili dejavniki v okolju pingvinov, kot so tok vetra in prenos toplote, pomembni za njegovo področje dinamike tekočine. "Mislil sem, da bi moral biti problem, ki bi ga lahko rešil s pingvini, " pravi. "Iskal sem nekaj drugega kot moj običajen način raziskovanja."

S pingvini, ki so na poti, se Blanchette in njegovi soavtorji zdaj zanimajo za modeliranje drugih skupin živih bitij, kot so bakterijske kolonije. "Vendar, ne biologi", pravi, "nisva zelo seznanjeni z drugimi biološkimi sistemi, kjer bi bil takšen model lahko koristen." Če ste biolog z gručami organizmov, ki jih želite modelirati, povej mu.
Slika: cesarjev pingvin, avtor Mtpaley (Wikimedia Commons)
Waters, A., Blanchette, F., & Kim, A. (2012). Modeliranje hudling pingvina PLoS ONE, 7 (11) DOI: 10.1371 / journal.pone.0050277
PS Če imate radi branje o matematiki in samozavestnih živalih, vam je morda všeč, da moj prejšnji post Geometrija dokazuje, da so ovce sebične krvavitve.

Top