Дослідники з Кентського університету, Науково-дослідного інституту екологічних проблем та ТОВ «Віта-Маркет» (Україна) відкрили універсальну математичну формулу, за допомогою якої можна описати будь-яке пташине яйце, яке існує у природі. Досі це ще нікому не вдавалося.
Форма яйця віддавна привертала увагу математиків, інженерів і біологів. З погляду еволюції вона має одразу декілька переваг: така форма достатньо об’ємна, щоб у ній міг вирости ембріон; досить маленька, щоб ефективно вийти з тіла; завдяки їй яйце не скочується після знесення, а також вона достатньо міцна, щоби витримувати великі навантаження й оберігати багатьох видів на перших порах їхнього життя. Завдяки поєднанню цих факторів яйце інколи називають «ідеальною формою».
Під час математичного аналізу всіх форм яйця використовують чотири геометричні фігури: сферу, еліпсоїд, овоїд і грушоподібну форму. Математична формула, яка описує останню форму, ще досі не виведена.
Щоб виправити це, дослідники ввели додаткову функцію у формулу овоїда. Таким чином їм вдалося розробити математичну модель, що описує абсолютно нову геометричну форму, котру охарактеризували як останній етап еволюції сфери-еліпсоїда, яку можна застосовувати до будь-якої геометрії яйця.
Математична формула для визначення форми яйця ґрунтується на чотирьох параметрах: довжині, максимальній ширині, зміщенні вертикальної осі та діаметрі на чверті довжини. Ця нова універсальна формула, яку довго шукали, є важливим кроком у розумінні не лише самої форми яйця, а й того, як і чому вона з’явилася у процесі еволюції. Це, своєю чергою, дозволяє застосовувати її у цілій низці сфер: сільському господарстві, машинобудуванні, біотехнологіях, архітектурі й аеронавтиці. Наприклад, її можна використати під час інженерії тонкостінних камер яйцеподібної форми, які повинні бути міцнішими, ніж сферичні.
Ця нова формула – важливий прорив із безліччю застосувань, оскільки це:
1. Грамотний науковий опис біологічного об'єкта. Тепер, коли яйце можна описати математичною формулою, робота в галузі біологічної систематики, оптимізації технологічних параметрів, інкубації яєць і відбору птиці буде значно спрощена.
2. Точне і просте визначення фізичних характеристик біологічного об'єкта. Зовнішні характеристики яйця життєво важливі для дослідників та інженерів, що розробляють технології інкубації, обробки, зберігання і сортування яєць. Існує потреба в простому процесі ідентифікації з використанням об’єму яйця, площі поверхні, радіуса кривизни й інших показників, які описують контури яйця, що і дозаоляє зробити ця формула.
3. Інженерія майбутнього, натхнена біологією. Яйце – це природна біологічна система, яку досліджують для розробки інженерних систем і новітніх технологій. Яйцеподібну геометричну форму використовують у архітектурі, зокрема під час проєктування даху лондонської мерії і хмарочоса Сент-Мері Екс 30, а також у будівництві, оскільки вона може витримувати максимальні навантаження за мінімальних витрат матеріалів. В усіх цих галузях можна використовувати таку формулу.
Як стверджує Даррен Ґріффін, професор генетики Кентського університету та головний автор дослідження: «Біологічні еволюційні процеси, як-от формування яєць, потрібно вивчати з метою побудови математичних моделей, які, своєю чергою, можна використовувати в дослідженнях у галузі еволюційній біології. Цю універсальну формулу можна використовувати як у фундаментальних науках, так і в харчовій та птахівничій промисловості. Вона може слугувати поштовхом для подальших розробок, натхнених яйцем як об’єктом дослідження».
Д-р Майкл Романов, гостьовий дослідник Кентського університету, сказав: «Це математичне рівняння підкреслює наше розуміння і цінування певної філософської гармонії між математикою і біологією. Воно також окреслює шлях до кращого розуміння Всесвіту, який у давнину люди уявляли у формі яйця».
А д-р Валерій Нарушин, колишній гостьовий дослідник Кентського університету й директор агрофірми «Віта-Маркет», сказав: «Ми з нетерпінням чекаємо можливості побачити застосування цієї формули в різних галузях – від мистецтва до технологій, від архітектури до сільського господарства. Цей прорив показує, чому такі колаборативні дослідження між різними сферами напрочуд істотні».
A universal equation for the shape of an egg
ScienceDaily, 31/08/2021
Зреферував Є. Л.
Оригінал дослідження:
Valeriy G. Narushin, Michael N. Romanov, Darren K. Griffin
Egg and math: introducing a universal formula for egg shape
Annals of the New York Academy of Sciences, 2021; DOI: 10.1111/nyas.14680
05.09.2021