改进的数学模型有助于解释不同的荷叶类型

时间:2020-02-13 05:51 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

改进的数学模型有助于解释不同的荷叶类型

复旦大学的三位研究人员改进了一个数学模型,使其能够预测莲花植物不同叶子类型的形状。在他们发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的论文中,该小组描述了他们的数学工作,以及他们如何用真实世界的材料进行测试。

早在2008年,法国的一个研究小组就建立了一个数学模型来描述软组织的生长,以此作为预测藻类和蘑菇形状形成的方法。在这项新的研究中,研究人员扩展了先前的模型,使之包括植物的叶子生长。

新模型在生长预测中加入了两个新元素:漂浮在水面上的叶子和以不同速度生长的叶子上的细胞层,导致叶子弯曲。值得注意的是,研究人员修改了先前的模型,以解释荷花植物是如何产生两种叶型的。荷叶浮在水面上,是平的,边上有褶边。长在水面上的叶子呈碗状。通过考虑这两种新元素,研究人员能够准确地模拟和预测荷叶的生长模式。

在这两种情况下,模型都考虑了当叶片的表面积大于光滑表面时所产生的波浪边缘的影响。与水结合的叶子,所需的能量,以解除附着的水是最小的平面配置。生长在水面上的叶子不会被水的重量拉下来——它们可以自由地长成任何形状。但是因为细胞在阳光照射的地方生长得更快,它们形成了像向日葵一样跟随太阳的碗状结构。碗状墙的陡度随环境条件的变化而变化。

该模型最初是通过计算机模拟测试的。然后,通过使用更容易测试的荷叶材料来进行实际测试。他们选择的材料在水的作用下生长。这使得研究人员可以看到当物质漂浮在水面时和悬浮在水面上时的形状。试验结果表明,荷叶的形状与荷花相同。

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