カリフラワーと混沌、すべての小さな花のフラクタル

僧侶たちは、かつて錬金術を通して鉛を金で置換を希望しました。 しかし、代わりにカリフラワーを考慮してください。 雑草が多く、味がない種Brassica oleraceaの平凡な茎、茎および花をこのフラクタル雲の形の野菜のような驚くべき形に変形させるには2つだけの遺伝子が必要です。

これ本当の錬金術とフランスのリヨンにある国立デジタル科学技術研究所（National Institute for Research in Digital Science and Technology）の研究員であるChristophe Godinは言う。

Godin博士は、3次元で他の種の形発達を仮想的にモデル化して、植物の構造を研究します。 彼はカリフラワーの入れ子になった螺旋と結晶とほぼ勘違いすることができるカリフラワー品種であるRomanescoの台数のグラフクルーズフラクタル後ろ遺伝的変形が隠れているかどうか気にしている。

「自然はどのように予期しないものを作ることができますか？」 彼は尋ねた。 「この背後に隠されたルールは何ですか？」

15年前にDr. Godinは、フランス、グルノーブルにある国立科学研究センターの植物生物学者FrançoisParcyに会った。 Parcy博士からGodin氏はフラクタル小さな花の仲間悪魔を調べました。

Parcy博士はRomanescoに言及しながら、「こんなに素敵な野菜ということに気づかないはずはありません。

Brassicaへの情熱に支えられDr. GodinとDr. ParcyはRomanescoと標準カリフラワーの両方でフラクタル幾何学の遺伝的神秘を調査して、数学的モデルから植物を連想させて、実生活で成長させた。 花の発達を司る遺伝子ネットワークの変化に反応してフラクタルが形成されることを示唆している彼らの結果は木曜日に発表されました。 科学。

研究に参加していないNew York Universityの生物学者Michael Puruggananは「一方では遺伝学を見事に統合し、一方では、厳格なモデリングを統合したものです。」と言いました。 「彼らは遺伝子が相互作用する方法のルールを調整することにより、植物の劇的な変化を得ることができていることを見せようとします。」

2000年代初頭にParcy博士は、自分がカリフラワーを理解すると信じていました。 彼も花の発達のためのクラスを教えました。 「カリフラワーが何ですか？ どのように成長することができますか？ なぜこのように醜い？」 彼は言った。

芽キャベツのようなカリフラワーは何世紀もの間、 オプション肉腫 ブラッシカオレとシア。 人間は、サイドシュートのため芽キャベツを、花のためにカリフラワーを続けた。 しかし、カリフラワー芽を生成しません。 花序または花を咲かせるシュートは花を咲かせるために成熟していません。 代わりに、カリフラワー花序は螺旋状に自分のクローンを作成して、植物性カッテージチーズのようなクォーク質量クラスタを作成します。

二研究院がカリフラワーについて議論するときGodin氏はParcy博士がカリフラワーを真に理解したら、野菜の形態学的発達をモデル化することは容易でと提案した。 結果的にそうでした。

二人は、まず黒板に凝固された泥沼に直面しており、野菜がどのように現在の形に変化したのかを説明することができる遺伝ネットワークの様々な図をスケッチしました。 そのミューズはカリフラワーとその多くのいとこと同じとでよく研究された雑草のArabidopsis thalianaでした。

カリフラワーは、植物の底に1つのカリフラワーを持っている場合は、Arabidopsisは細長い茎に沿って多くのカリフラワーのような構造を持っています。 しかし、この小さなカリフラワーを一つの壮大な、密集したカリフラワーに精製することができる遺伝子とは何ですか？ そして、彼らは、その遺伝子を確認した場合、このカリフラワーをロマネスコが形成されるピークでねじることがありますか？

これらの質問に答えるために研究者は、遺伝子ネットワークを変更して、数学的モデルを介して実行して3Dで作成し実生活で突然変異を起こすことです。 Parcy博士は「あなたは何かを想像しますが、プログラミングする前に、それがどのように見えるかもしれません。

（研究の過程でParcy博士はまた、地域ファーマーズマーケットで複数のロマネスコ標本を収集し、配列を分析し、解剖しました。彼と彼の同僚は残り物で食事をしており、大部分は生ビールと一緒にビール一杯と一緒にさまざまなソースを添えました。）

多くの初期モデルが失敗したカリフラワーとほぼ類似していません。 最初に、研究者たちは、カリフラワーの中核と茎の長さにあると信じていました。 しかし、短い茎がある場合とないArabidopsisをプログラミングしたとき、3Dモデルや実際の生活の中でカリフラワーの茎のサイズを小さくする必要がないことを悟りました。

そして、彼らは、シミュレーションして育てたカリフラワーは、単にフラクタルが十分ではないでした。 パターンは、他の螺旋にネストされたした螺旋のように、2つのフラクタル規模だけで見ることができました。 対照的に、一般的なカリフラワーは、多くの場合、少なくとも7つのフラクタル尺度で自己類似性を示します。 これはスパイラルにネストされた螺旋状に入れ子にされた螺旋状に入れ子にされた螺旋状に入れ子にされた螺旋状に入れ子にされた螺旋状に入れ子にされたスパイラルを意味します。 最終的には他のスパイラルに入れ子にされます。

彼らは茎に焦点を合わせる代わりに、活発に分裂する細胞が新たな成長を作成する各茎の端にある植物組織の領域である分裂組織に集中しました。 彼らは分裂組織をより大きく作成する生産される芽の数が増加するという仮説を立てた。

唯一の問題は、研究者が分裂組織の芽の生産速度を制御することができる遺伝子が何なのか知らなかったということです。

ある日、ゴディン博士の研究室でポスドク研究員であったEugenio Azpeitiaは分裂組織の中心領域のサイズを変更することで知られている遺伝子を覚えていました。 3人の研究員は、短い瞬間の幸福感を楽しんだ後、新しく変更されたArabidopsisが育つまで数ヶ月を辛抱強く待っていた。 芽がバンプ時に、彼らは明確な円錐形の先端を持つカリフラワーを持っていました。

「ロマネスコで起こることを非常に連想させます。」とDr. Godinは誇らしげに言いました。

一般的に、植物が花を咲かせるとき、植物の花の端の部分が茎からより多くの成長を防止します。 カリフラワーパッカードは花になるように設計さ芽だ行かず、代わりに芽を吹かせる芽です。 しかし、分裂組織の研究員たちの実験では、この芽が一時的な花の段階を通過したので、成長を誘発する遺伝子に露出されることを発見した。 Parcy博士は「あなたは花だったので、自由に育つことができ、芽をツイウルができます。」と言いました。

このプロセスは、分裂組織が多くの芽を作り、順番に、より多くの芽を作ってカリフラワーのフラクタル幾何学を制定する連鎖反応を作成します。

「それは、通常の幹がありません。」とGodin博士は言いました。 「葉のない茎です。 抑制がない幹」

「それはカリフラワーを作成する唯一の方法です。」とParcy博士は言いました。

研究者は、Romanescoの素敵な形に責任がある、他の突然変異がある可能性があると言います。 カリフラワーパッカード構造の潜在的な遺伝メカニズムを研究している北京の野菜研究センターの研究員であるNing Guoは、この論文が「多くのインスピレーション」を提供したと言いました。

Godin博士は「話はまだ終わっていない」と言いながら、彼とParcy博士は、引き続きカリフラワーモデルを改善することを付け加えました。 「しかし、我々は、我々が正しい道を行っていることを知っています。 “

しかし、彼らは花が咲くのすべてを研究するために開いていることです。