Mathematica の3Dプロットを利用して複合生物体の特徴を表現

Rimas Surna教授は,Buss教授を助けるためにそれぞれのポリプのビデオを Mathematica を使って3次元で観察することができるデジタル表示に変換するプロセスを開発しました.

生物学者たちは,組み合せることによって全体としてひとつのすごいものになるような単純な部分に深い興味を持っています.アリは複雑なコロニーを形成します.魚の一群は急に一斉に方向を変えます.何十億もの神経細胞が1つの考えを思い付く一方でペースメーカー細胞は心拍を同期させます.

水中のコロニー,ウミヒドラ科のヒドロ虫は,環境から食物を吸収して消化することができる円筒形の有機体であるポリプからなっています.単独のポリプはそのすぐ近辺の環境にしか反応せず,水分を共有する接続チューブを通してしかお互いとインタラクトしませんが,何百ものポリプからなるコロニーは統合された環境的な反応を返すことができます.栄養分はそれをもっとも必要とするポリプに分配されます.食物の入手状況によってコロニーは劇的に異なる構造を作り出します.(収縮するポリプのアニメーションを参照.)

数多くのポリプからなるコロニーのシミュレーションをより簡単に作成するために,エール大学のLeo Buss教授はそれぞれのポリプを単純な非線形振動子として表すことが可能かどうかを知りたいと考えました.高度なイメージング技術の専門家であるRimas Surna教授は,Buss教授を助けるためにそれぞれのポリプのビデオを Mathematica を使って3次元で観察することができるデジタル表示に変換するプロセスを開発しました.

下のグラフを使うと,振動中のポリプの形はいつも尾根の頂上,谷の底,あるいはその間の時間のところの断面図で見ることができます.コロニーの共有液体に繋がっている側面の振動はずいぶん異なる一方で,ポリプの真ん中にある大きな振動の頂点は外部の影響にかかわらず驚くほど一定のままです.この現象は,その同時発火が初期条件にだけ依存する特定種類の神経細胞のような非線形系との共通点を示唆しています.

異種の現象を比べることは有益なのでしょうか.それとも類似点は表面的なものに過ぎないのでしょうか.Mathematica のような高度可視化ソフトウェアの助けでそれぞれの新しい実験は説得力ある証拠を提供したり,予期しないような関連性を見付けたりできる可能性を持っています.

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