Chia-Setzlinge bestätigen Alan Turings Vorstellungen von Mustern in der Natur
LAS VEGAS – In Schalen gekeimte Chia-Samen haben ein mathematisches Modell experimentell bestätigt, das vor Jahrzehnten vom Informatiker und Universalgelehrten Alan Turing vorgeschlagen wurde. Das Modell beschreibt, wie Muster in Wüstenvegetation, Leopardenflecken und Zebrastreifen entstehen könnten.
Diese und andere fleckige und gestreifte Merkmale in der Natur sind Beispiele für sogenannte Turing-Muster, die so genannt werden, weil Turing 1952 Gleichungen dafür vorstellte, wie einfache Wechselwirkungen zwischen konkurrierenden Faktoren zu überraschend komplexen Oberflächenmustern führen können. In ariden Regionen würde der Wettbewerb um Feuchtigkeit zwischen den Pflanzen die komplizierte Verteilung der Vegetation vorantreiben.
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Der Nachweis, dass Turings Modell Muster in der realen Welt erklärt, war jedoch eine Herausforderung (SN: 21.10.15). Es war nicht klar, ob Turings Idee wirklich hinter der natürlichen Verteilung der Vegetation steckt. Es könnte sein, dass die Idee eine mathematische Geschichte ist, die zufällig ähnliche Formen in einem Computer erzeugt, sagt der Physiker Flavio Fenton von der Georgia Tech in Atlanta.
In einer Forschungsarbeit, die auf dem Treffen der American Physical Society vorgestellt wurde, beschrieb Brendan D’Aquino, der im Sommer 2022 in Fentons Labor studierte, ein Experiment, das zu bestätigen scheint, dass Turings Modell wirklich Mustern in der Vegetation zugrunde liegt.
Das Team baute Chiasamen in gleichmäßigen Schichten in Schalen an und passte dann die verfügbare Feuchtigkeit an. Im Wesentlichen optimierten die Forscher experimentell die Faktoren, die in den Turing-Gleichungen auftauchen. Tatsächlich entstanden Muster, die denen in natürlichen Umgebungen ähneln. Die Muster ähnelten auch stark Computersimulationen des Turing-Modells.
„In früheren Studien“, sagte D’Aquino, ein Student der Informatik an der Northeastern University, „passten die Leute rückwirkend Modelle an, um Turing-Muster zu beobachten, die sie in der Welt gefunden hatten. Aber hier konnten wir tatsächlich zeigen, dass eine Änderung der relevanten Parameter im Modell zu experimentellen Ergebnissen führt, die wir erwarten würden.“
Obwohl Turing-Muster in einigen Chemieexperimenten und anderen künstlichen Systemen erzeugt wurden, glaubt das Team, dass dies das erste Mal ist, dass Experimente mit lebender Vegetation Turings mathematische Einsicht bestätigt haben.
