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天天彩票app下载 :控制植物生长的数学规则就像

2019-05-10 18:22:28 医药财经132℃

  控制植物生长的数学规则就像脑细胞如何发芽连接一样

  2017年7月7日

  植物和大脑比你想象的更相似:Salk科学家发现,控制植物生长方式的数学规则与脑细胞如何发芽连接类似。这项新工作于2017年7月6日发表在“当代生物学”杂志上,并基于植物三维激光扫描的数据,表明可能存在统治许多生物系统分支生长的通用逻辑规则。

  “我们的项目的动机是,尽管我们在植物形式中看到了所有多样性,但它们是否共享某种形式或结构”。 Salk的综合生物学中心助理教授,该论文的高级作者Saket Navlakha说。 “我们发现存在 - 并且令人惊讶地,分支在空间中如何分布的变化可以通过称为高斯函数(也称为钟形曲线)的数学来用数学方式描述。”

  由于不动,植物必须找到创造性的策略来调整他们的建筑,以应对环境挑战,如被邻居遮蔽。植物形态的多样性,从高耸的红杉到匍匐的百里香,是这些策略的明显标志,但Navlakha想知道是否有一些看不见的组织原则在起作用。

   为了找到答案,他的团队使用高精度3D扫描技术来测量幼苗的结构,并以数学方式分析其生长。

  “这次合作源于Saket和我抵达Salk后不久的对话,”植物分子和细胞生物学实验室的教授和主任Joanne Chory,以及Howard H.和Maryam R. Newman植物生物学主席,也是Howard Hughes医学研究员和该论文的共同作者之一。 “由于Salk的创新补助计划和霍华德休斯医学研究所,我们能够资助我们的研究。”

  该团队从三种具有农业价值的作物开始:高粱,番茄和烟草。研究人员在植物可能自然经历的条件下(阴影,环境光,高光,高温和干旱)从种子中种植植物。每隔几天,第一作者Adam Conn就会对每株植物进行扫描,以数字方式捕捉其生长情况。总而言之,康恩扫描了近600株植物。

  “我们基本扫描植物,就像扫描一张纸一样,”索尔克研究助理康恩说。 “但在这种情况下,该技术是3D技术,它允许我们捕捉一个完整的形式 - 植物如何在太空中生长和分布的完整架构。”

  每个工厂的数字表示称为点云,一组可在空间中进行计算分析的3D坐标。通过新数据,该团队通过研究植物的分支密度函数,建立了理论上可能的植物形状的统计描述。分支密度函数描述了在植物周围空间中的任何点找到分支的可能性。

  相关故事研究人员报告治疗侵袭性脑肿瘤的进展血脑屏障破坏可能导致年龄相关的认知衰退UQ研究可以解释为什么维生素D对大脑健康至关重要该模型揭示了三种生长特性:可分性,自相似性和高斯分支密度函数。可分离性意味着在一个空间方向上的增长与其他方向上的增长无关。根据Navlakha的说法,这个属性意味着增长非常简单和模块化,这可以让植物更加适应环境的变化。自相似性意味着所有植物具有相同的基础形状,即使一些植物可以在一个方向上拉伸一点,或在另一个方向上挤压。换句话说,植物不使用不同的统计规则来生长,而不是在明亮的光线下生长。最后,研究小组发现,无论植物种类或生长条件如何,分枝密度数据均遵循在植物边界处截断的高斯分布。基本上,这表明植物中心附近的枝条生长最密集,并且随着钟形曲线变得更加密集。

  这些特性所提出的高水平的进化效率令人惊讶。即使植物对于各种环境条件发展不同的生长规则也是低效的,研究人员并没有发现植物会如此高效以至于只开发出单一的功能形式。他们在这项工作中确定的属性可能有助于研究人员评估基因工程作物的新策略。

  该论文的作者之一,Salk分子神经生物学实验室的教授查尔斯史蒂文斯先前的研究发现,大脑神经元中有三个相同的数学特性。 “神经元乔木和植物枝条之间的相似性非常惊人,似乎必然存在潜在的原因,”史蒂文斯说。 “可能他们都需要尽可能完全地覆盖一个领土,但是要以非常稀疏的方式覆盖领土,这样它们就不会相互干扰。”

  该团队面临的下一个挑战是确定驱动这些变化的分子水平上可能存在的某些机制。 Navlakha补充道,“我们可以看到这些原则是否会在其他农业物种中发生偏差,并且可能会利用这些知识来选择植物来提高作物产量。”

  出处:http://www.salk.edu/news-release/plants-grow-like-human-brains/

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