Математика в природе

Папоротник Барнсли — это удивительный пример фрактальной структуры, созданной с помощью многократного применения математических преобразований. Каждый элемент изображения папоротника был получен в результате простого итеративного процесса.

Фрактал Барнсли образуется путём последовательного применения ряда преобразований к точкам системы координат. Особенность узора заключается в том, что он формируется бесконечным количеством деталей и естественными формами, которые возникают из простых математических принципов. В результате формируется изображение, которое выглядит чрезвычайно реалистично и передает форму папоротника с высокой точностью.

Эти фрактальные структуры встречаются не только в математике, но и в природе, где их можно наблюдать в растительном мире, береговых линиях и многих других формах.

Папоротник Барнсли ярко иллюстрирует связь между математикой и природой, подчеркивая, как сложные узоры могут образовываться из простых правил.

BIO

#математика #фракталы #ботаника

Бактериальный мотор

Бактериальные инфекции являются причиной примерно одной из восьми смертей в мире. Понимание поведения бактерий, особенно процесса хемотаксиса (направленное движение к благоприятным условиям), может способствовать решению многих проблем, вызванных этими патогенами.

Большинство бактерий передвигаются с помощью жгутиков, представляющих собой сложный белковый комплекс, способный вращаться с разной скоростью. Жгутики вращаются благодаря особому клеточному мотору, управляемому хемосенсорными и метаболическими сигналами.

Бактериальный двигатель встроен в клеточную мембрану клетки и способен вращаться со скоростью около 20 000 оборотов в минуту. Несмотря на такую скорость, бактерия может остановить жгутик всего за 1/3 оборота и тут же начать раскручивать его в обратную сторону.

Жгутиковый мотор состоит из множества белковых структур, включая ротор и статор, и использует энергию потока протонов для своего функционирования. Эти структуры работают вместе, создавая вращательное движение, которое приводит к движению бактерий.

Многие аспекты работы этого двигателя все еще неизвестны, но недавние исследования показали, что механизм его работы включает изменение конформации белков в ответ на изменения в окружающей среде.

Бактериальный жгутиковый двигатель также используется для других целей, помимо передвижения. Например, он играет важную роль в процессе секреции белков, помогая транспортировать их через клеточную стенку.

На видео представлена модель жгутикового мотора Salmonella enterica ser. Typhimurium. Для создания 3D модели и визуализации структур ученые использовали криоэлектронную микроскопию.

Они воссоздали работу жгутикового двигателя, а именно комплекса переключателей, также известного как С-кольцо. Он состоит из белков FliG, FliM и FliN. Комплекс, состоящий из 6 С-колец, был воссоздан при работе как по часовой стрелке (CW), так и против часовой стрелки (CCW).


Этапы на видео:
1. Жгутиковый двигатель, в котором белок MotAB (коричневый) вращает кольца и стержень (серый) против часовой стрелки (CCW). Затем MotAB перемещается внутрь колец, поворачивая весь двигатель уже по часовой стрелке (CW).

2. Оба кольца, CCW и CW, содержат белковые субъединицы FliF (синий), FliG (красный), FliM (желтый) и FliN (фиолетовый).

3. Несколько белков MotAB (коричневые) регулируют поток крутящего момента в зависимости от условий окружающей среды или нагрузки, взаимодействуя с белком FliG (красный).

BIO

#микробиология #клеточнаябиология #биология #молекулярнаябиология

Птица-хло́пок

Шима-энага – это подвид длиннохвостой синицы (Aegithalos caudatus), который обитает исключительно на острове Хоккайдо в Японии.

При определенном ракурсе, эта птичка может показаться практически ровным белым шариком хлопка, из которого торчит только длинный хвост.

Взрослые особи достигают длины примерно 15 см, из которых 11 см составляет хвост, и весят не более 10 граммов. Оперение у них белое и пушистое, что помогает им выжить зимой. Особенностью шима-энага является отсутствие черных "бровей" вокруг глаз, что отличает их от ближайших родственных видов.

Шима-энага живут стаями по 20-30 особей в лиственных и смешанных лесах острова. Они проводят большую часть времени в поисках пищи, часто вися вниз головой на ветках. Рацион этих птиц состоит в основном из членистоногих, включая яйца гигантских мотыльков и бабочек, а также иногда растительной пищи.

Эти птички могут переносить экстремальные зимние температуры, однако их маленький размер может стать угрозой при длительных периодах холода. Однако, популяция поддерживается благодаря высокой плодовитости самок, позволяющей восстановить потери численности после зимы.

Размножение у этого вида происходит весной, и самки откладывают от 7 до 10 яиц за один сезон. Инкубационный период длится от 10 до 12 дней, после чего птенцы остаются в гнезде еще некоторое время, пока не смогут самостоятельно искать пищу. У этих птиц воспитанием молодняка занимаются несколько взрослых особей, обеспечивая птенцам необходимую заботу и питание.

Японцы питают особую любовь к шима-энаге. Ее образ часто используется в национальной символике, и она встречается на многих японских товарах. Особенно популярны мягкие игрушки в виде этой милой птички.

BIO

#орнитология #биология #Хоккайдо

Амёбоидное движение

«Перетекание» цитоплазмы у амебы связано со способом её передвижения.

Таким образом она формирует псевдоподии – выпячивания клеточной мембраны, которые позволяют ей двигаться.

Эти псевдоподии также служат для захвата пищи. Обнаружив еду, амёба окружает её псевдоподией и удерживает до полного поглощения.

BIO

#микробиология #биология

Нерест кораллов

Ежегодный нерест кораллов - это потрясающее природное явление, когда кораллы выпускают миллионы гамет одновременно.

Этот процесс зависит от множества факторов, таких как лунный цикл, приливы и отливы, температура воды и ветер. В определенный момент кораллы одновременно выпускают микроскопические сперматозоиды и яйцеклетки в толщу воды, которая поднимается к поверхности океана. Там происходит внешнее оплодотворение, после которого формируются личинки, известные как планулы. Планулы какое-то время остаются у поверхности, а затем возвращаются на океанское дно, где закрепляются на субстрате и образуют новые колонии. Со временем эти колонии растут, пополняя разнообразие морских экосистем.

BIO

#морскаябиология #океанология #кораллы

Красота мурмурации

Мурмурация – это явление, когда
большие стаи птиц синхронно изменяют направление своего полёта, создавая в небе причудливые узоры. Этот процесс происходит благодаря инстинктивной реакции каждой птицы на движения соседних особей, что приводит к эффекту массового поведения. Скорость полета птиц может достигать 40 км/ч, а высота – 1000 метров.

BIO

#орнитология #биология