facebook_pixel
  • 18 мая 2018, 14:20

    Почему у гепарда — пятна, а у зебры — полоски? Как отец кибернетики Алан Тьюринг пытался взломать шифры природы

    Алан Тьюринг — математик и криптолог, который изобрел современную кибернетику, — известен в первую очередь расшифровкой кода «Энигма» во времена Второй мировой войны. Но лишь немногие слышали о Тьюринг‐натуралисте, который объяснял природные явления математически. О наследии великого ученого рассказал The New York Times.

    Почему у гепарда — пятна, а у зебры — полоски? Как отец кибернетики Алан Тьюринг пытался взломать шифры природы

    Последняя работа Тьюринга была опубликована в 1952 году. Только спустя полвека химики и биоматематики по достоинству оценили ее научный потенциал, послуживший подспорьем в решении многих вопросов. Например, каким образом формируются полоски у рыбок Данио или пятнистый рисунок на шкуре гепарда. И до сих пор ученые ищут вдохновение в наследии Тьюринга.

    Недавно в работе, опубликованной журналом Science, химики из Китая использовали теорию генерации шаблонов из работ Тьюринга. Теория помогла описать более эффективный способ опреснения для доставки питьевой и ирригационной воды в засушливые районы. Работа Тьюринга 1952 года описывает не конкретный процесс фильтрации соленой воды при помощи мембран, но использует химию для объяснения того, каким образом недифференцированные сгустки клеток формируют структуры в организмах.

    Не совсем ясно, по какой причине математика интересовали эти вопросы. Однажды Тьюринг сказал другу, что хочет опровергнуть «Аргумент часовщика» — телеологический тезис, доказывающий существования бога тем, что для создания сложных механизмов необходимо существование создателя. Пытливый и наблюдательный Тьюринг с детства замечал, что в строении многих растений скрыты математические закономерности. Такие, как числа Фибоначчи — это числовая последовательность, каждое число которой равно сумме двух предыдущих. В природе она встречается, например, у маргариток — у них бывает 34, 55 или 89 лепестков.

    Поздние работы Тьюринга исследует приглашенный профессор Оксфордского университета Джонатан Суинтон. «Он определенно не был воинствующим атеистом. Он лишь считал, что с помощью математики можно объяснить все», — считает профессор.

    Тьюринг разработал математическую модель, позволявшую объяснить, каким образом форма возникает из пустоты

    Джонатан Суинтон.

    В модели Тьюринга два химических вещества, которые он назвал морфогенами, взаимодействуют в пустой области. «Предположим, у вас есть два агента: один делает кожу животного черной, другой делает ее белой, — объясняет доктор Суинтон. — Если вы просто смешаете два агента, то получите серое животное».

    Но если что-то вызывает диффузию химических элементов или заставляет один из элементов распространяться быстрее, это позволяет им концентрироваться в равных локализованных пространствах, формируя белые и черные пятна или полоски. Этот феномен называется «Нестабильностью Тьюринга», и китайские исследователи уверены, что именно он объясняет морфогенез в мембранах, фильтрующих соль.

    Создавая трехмерные тьюринговые шаблоны, такие как пузырьки и трубки в мембранах, исследователи повысили их водопроницаемость, что позволило лучше отделять соль от воды.

    «Одна наша мембрана может выполнить работу двух или трех обычных», — заявил ведущий автор работы Зже Тан. Это значит, что в будущем для крупномасштабных работ по опреснению будет затрачено меньше энергии и денег.

    Помимо последней публикации заметки Тьюринга раскрывают его работу над сложными идеями, которые он не смог до конца объяснить. В поздних работах пытается разобраться математик из университета Бата Джонатан Дауэс. «Известная всем работа 1952 года не исчерпывает наследие Тьюринга, не отражает подлинной глубины его мысли», — уверен он.

    По всей видимости, Тьюринг искал общие механизмы морфогенеза — например, каким образом спонтанно появляются сознание и мысль или каким образом подсолнух столь искусно располагает свои семена. К сожалению, безвременная смерть математика лишила человечество окончательной формулировки его размышлений.

    Автор: Ярослав Кравчук