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近墨者赤 近朱者黑 精选

已有 12111 次阅读 2016-8-23 09:50 |个人分类:活色生香de生物科学|系统分类:科研笔记


上图来源:http://www.nikonsmallworld.com/images/galleries/1985/main/1985_03.jpg

和朋友就环球科学的一篇题为《这个谜样的全新物质结构,横跨了数学、物理、化学、生物领域》的文章讨论自然形成的镶嵌体(mosaic)是怎么来的。例如在鸡视网膜中,有五种不同的感光细胞。“而这些感光细胞的分布看似随机却又均匀”。同一种类型的细胞分布是均匀的,彼此距离不远不近。而相互贴近的总是不同类型的细胞。这在功能上当然是非常有效率的,不同颜色的相互拮抗可以形成侧抑制(lateral inhibition),这对视觉上的边缘锐化非常重要,可以使边界更突出。

而在研究不同组分的密集堆积问题中,这种堆积方式可以“在有限维度中最密集地堆积物体”。这恰恰也是最优化的堆叠方式。多种分子的混合物往往自发形成这种堆叠方式——超谐构体(superhomogeneity)或者超奇构体(hyperuniformity)。

大自然确实无比奇妙,为什么这一结构在生物、物理、化学和数学领域都展现了其惊人的魅力呢?

这里我想探讨一下形成超谐构体的成因。

对于无机物混合物,如果是流体,那么可能遵循自由能最低的热力学规律。

对于视网膜,这是本文我想重点探讨的问题,就是细胞发育是如何受其邻居的影响。其实并不玄,就是一个外因和内因相加的结果。外因是周围细胞释放的分泌性小分子,内因是影响自身内部蛋白表达的转录因子。当还处于分化期的后生细胞接收到旁边先成熟的细胞的分泌信号后,得知了旁边的细胞是绿色感光细胞,于是自己启动了红色感光蛋白的表达,使自己成为了一个红色感光细胞。即近墨者赤近朱者黑。

近墨者赤近朱者黑,当然这是在一个需要多样性和多种生态位的复杂空间。文化领域是否也有这种求异的现象呢?


参考文献:

https://www.quantamagazine.org/20160712-hyperuniformity-found-in-birds-math-and-physics/



http://blog.sciencenet.cn/blog-5525-998108.html

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