植物叶缘褶饰与相对论原理一样?(图)

【字体: 时间:2003年03月12日 来源:

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                             [生物通讯]物理学家发现,莴苣叶子边缘杂乱五章的褶皱可能缘自一个简单的物理学原理。但要解释叶缘褶饰的确切模式恐怕还需要爱因斯坦用于解释相对论的数学原理。

    生物物理学家们一直在寻找关于表面上非常复杂的生物现象的简单物理学解释。例如,近几年里,研究人员已证明向日葵以及类似植物种子的螺旋模式可以自动出现--如果花朵只生长组织中机械应力最大的部分。现在物理学家又发现了许多叶子和花瓣边缘褶饰的物理学解释。

    [AD340X300] 这些褶饰不是由植物的基因一一编码产生的,而只是由于植物叶缘的生长速度比也中心快导致的,法国国家科学研究中心的Benoit Roman和奥斯丁德克萨斯大学的Eran Sharon以及他们的同事声称。研究人员发现,当一张塑料布被撕扯时就会产生类似的模式,因为撕扯永久性拉长了塑料布的一边,而相反一边仍然保持原来的长度。拉长之后的塑料布不再平整,它撕扯的一边一定会发生卷曲,Roman在3月6日于奥斯丁举行的美国物理学协会年会上报道。这表明叶子发育成这样的形状只是由于叶缘生长速度更快。

    但物理学家还不确切知道褶皱模式究竟是怎样形成的。为查明原因,他们使用了微分几何学方法,这是爱因斯坦描述四维空间变形时使用的数学方法。叶子和撕扯的塑料布通常会产生连续的褶皱,因此如果叶子或塑料布边缘扩大就必需一如既往地褶皱下去。Roman 和 Sharon声称,之所以会产生这种模式是因为当塑料布被严重拉长时,几何学上就不可能使所有松弛部分都出现大小相似的褶皱。相反,塑料布会产生大小不一的褶皱,Roman says说。褶皱确切的分布取决于塑料布的厚度。尽管出现这种扭曲,塑料布上仍保持一些张力。

    但法国巴黎大学的Basile Audoly和高等示范学校的Arezki Boudaoud持有不同意见。他们的计算显示,各种形状能够很好地调节松弛部分,撕扯的塑料布能够在卷曲和松弛之间维持平衡,尽量保持平整以降低能量,Boudaoud在会议上说。“有许多这样的几何形状存在。”他说。“而弹性势能会选择最佳的一个。”(生物通编译,未经授权,请勿转载)

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