Informatie

L-systeemregel voor verschillende planttypes


Ik heb een implementatie van L-systemen (Lindenmayer-systemen) gecodeerd en zou deze willen gebruiken om realistisch ogende bomen te genereren. Is er een referentielijst die laat zien welke regels het meest geschikt zijn voor verschillende soorten bomen? Welke regels zijn bijvoorbeeld het beste voor een eik, welke het beste voor kersenbomen, enz.?


Er zijn veel goede papieren van Karl J. Niklas waarin hij de groei van bomen modelleert. Ik weet niet zeker of hij met name L-systemen gebruikte, maar ik weet zeker dat zijn werk je kan informeren over de 'regels'. U kunt hier en hier meer te weten komen.


AVH-hulp Hulp bij het gebruik van het virtuele herbarium van Australië

Wetenschappelijke namen

Op het eenvoudigste niveau van wetenschappelijke classificatie heeft elke plant een naam die uit twee delen bestaat, namelijk algemeen (of geslacht) naam en een specifiek naam of epitheton. Samen worden deze twee namen aangeduid als a binomiaal.

EEN algemeen naam is een &lsquoverzamelnaam&rsquo voor een groep planten. Het geeft een groep organismen aan die allemaal een reeks vergelijkbare karakters delen. Idealiter zouden deze allemaal zijn geëvolueerd uit één gemeenschappelijke voorouder. De specifieke naam stelt ons in staat om onderscheid te maken tussen verschillende organismen binnen een geslacht.

Binominale namen worden altijd geschreven met de generieke naam eerst, beginnend met een hoofdletter, bijvoorbeeld: Grevillea

De specifiek epitheton volgt altijd de generieke naam, beginnend met een kleine letter, bijvoorbeeld: victoriae

De volledige soortnaam of binomiaal wezen Grevillea victoriae .

Generieke en specifieke namen zijn over het algemeen in Latijns of zijn gelatiniseerde woorden uit andere talen, met name Grieks. Andere afleidingen worden soms ook gebruikt, zoals Aboriginal-namen of zelfs acroniemen. Specifieke scheldwoorden moeten ook voldoen aan bepaalde grammaticale regels, afhankelijk van de vorm van de generieke naam.

Er zijn hiërarchische niveaus van classificatie (gelederen) boven en onder het geslacht en de soort, de meest genoemde is de groepering van verschillende algemeen (meervoud van geslacht) in a familie. Net als bij planten binnen hetzelfde geslacht, hebben planten in dezelfde familie veel kenmerken gemeen. Grevillea victoriae is in de familie Proteaceae , samen met Banksia, Hakea, Macadamia en vele andere geslachten. Familienamen beginnen met een hoofdletter en eindigen meestal op &ldquo&hellipceae& rdquo.

Er zijn een aantal classificatieniveaus onder die van soorten, met als meest gebruikte: ondersoort en verscheidenheid, afgekort tot 'subsp.', (of minder handig'sp.') en 'var.' respectievelijk. Dit maakt een verdere onderverdeling van plantengroepen mogelijk om de variatie in vorm en verspreiding die we in de natuur zien, weer te geven. Deze onderverdelingen, samen met soorten, geslachten, families en andere groeperingen of rangen binnen plantenclassificatie, worden aangeduid als taxa (meervoud) of a taxon (enkelvoud).

Er worden bijvoorbeeld drie ondersoorten herkend binnen Grevillea victoriae:
Grevillea victoriae subsp. victoriae Het is degene die het dichtst bij de oorspronkelijke beschrijving van de soort komt.
Grevillea victoriae subsp. nivalis – enigszins afwijken van de oorspronkelijke beschrijving van de soort.
Grevillea victoriae subsp. brindabella '150 een ondersoort beschreven in 2010 uit de zuidelijke plateaus van NSW-ACT.


Grevillea victoriae subsp. victoriae
de autonomie


Grevillea victoriae subsp. nivalis

Telkens wanneer een ondersoort, variëteit of andere onderverdeling onder de soortrangschikking wordt gepubliceerd, wordt een extra naam genoemd, an autonomie, wordt automatisch gegenereerd. In het geval van Grevillea victoriae hierboven, de publicatie van Grevillea victoriae subsp. nivalis in 2000 creëerde de autonomie Grevillea victoriae subsp. victoriae .

Met andere woorden, in 2000 heeft de auteur ervoor gekozen om binnen de soort een onderverdeling te herkennen die afwijkt van wat als "typisch" wordt beschouwd Grevillea victoriae, en noemde het Grevillea victoriae subsp. nivalis. Planten die als typisch worden beschouwd Grevillea victoriae neem de naam aan Grevillea victoriae subsp. victoriae.

Wanneer we verwijzen naar een plant in een geslacht waarvan we niet weten welke soort het is, gebruiken we de generieke naam gevolgd door 'sp.'dat wil zeggen: Grevillea sp.

Wanneer we collectief verwijzen naar sommige of alle soorten in een geslacht, gebruiken we de generieke naam gevolgd door 'spp.'dat wil zeggen: Grevillea spp.

Zoals opgemerkt in de bovenstaande voorbeelden, worden plantnamen meestal geschreven in cursief binnen een zin van gewone letter, of in ieder geval in een ander lettertype, of onderstreept, om ze van andere woorden te onderscheiden. Familienamen worden niet cursief weergegeven, evenmin als afkortingen zoals 'subsp.' of 'sp.'.

De plant een naam geven

De naam van een plant is gebaseerd op een originele beschrijving, waarbij het vroegste gebruik van de naam over het algemeen het meest relevant is, daterend uit 1753 voor bloeiende planten, toen Linnaeus zijn concept van het binominale naamgevingssysteem publiceerde.

Elke plantnaam wordt geassocieerd met een originele beschrijving, inclusief een korte beschrijving in het Latijn (vóór 2012), die a . wordt genoemd protoloog en een genomineerde'type-exemplaar' wat een herbariumspecimen ergens ter wereld ondergebracht bij een erkend herbarium.

Deze originele beschrijving (de protoloog) moet gepubliceerd in een tijdschrift of ander erkend gedrukt medium. (Sinds 2012 zijn bepaalde PDF-publicaties op het web, in het Engels, toegestaan).

De persoon/personen die deze originele beschrijving in een gepubliceerd tijdschrift of boek maken, wordt de . genoemd 'auteur' voor die plantnaam, en hun naam volgt het geslacht en de soort in een volledig citaat, bijvoorbeeld:
Grevillea victoriae F. Muell.

In dit geval publiceerde Ferdinand von Mueller (F.Muell. is een standaardafkorting) de originele beschrijving voor deze soort in de Transacties van de Philosophical Society of Victoria, Vol. 1, pagina 107 in 1855. De auteursnaam is niet cursief geschreven.

Aangezien onze kennisbasis en meningen in de loop van de tijd veranderen naarmate er meer bekend wordt over de betreffende plantengroep, kan het citaat van de auteur behoorlijk ingewikkeld worden omdat het de gepubliceerde mening van botanici in de loop van de tijd weerspiegelt. Zo kunnen we bijvoorbeeld hebben:
Grevillea pyramidalis subsp. leucandron (A.Cunn. ex R.Br.) Makinson


Grevillea pyramidalis
subsp. leucandron
(A.Cunn. ex R.Br.) Makinson


De aanvulling op Robert Brown's Prodromus in 1830 met de originele beschrijving.


De Flora van Australië volume met Makinson's behandeling van Grevillea in 2000.

Deze naam weerspiegelt de mening van Alan Cunningham in een boek gepubliceerd door Robert Brown in 1830, en de status ervan naar de mening van Bob Makinson in 2000 gepubliceerd in de Flora van Australië, vol. 17A, pagina 505.

Regels voor het benoemen van planten

De wetenschap van het benoemen van planten, of &lsquonomenclatuur&rsquo wordt beheerst door een reeks internationaal aanvaarde regels en voorschriften, opgenomen in de Internationale code voor botanische nomenclatuur (of kortweg 'Code'). De Code werd voor het eerst geformuleerd in 1905 en is sindsdien herzien met tussenpozen van ongeveer zes jaar, gebaseerd op een consensus van opvattingen van taxonomische botanici van over de hele wereld. De huidige Internationale Code voor Botanische Nomenclatuur staat bekend als de Weense Code, aangenomen door het Zeventiende Internationale Botanische Congres in Wenen, Oostenrijk, in juli 2005. Als een plantnaam wordt gepubliceerd volgens de regels van de Code, zeggen we dat het een ' geldige publicatie' of het is 'geldig gepubliceerd'.

Het meest recente (18e) Internationale Botanische Congres dat in augustus 2011 in Melbourne werd gehouden, zal resulteren in een nieuwe editie van de Internationale code voor botanische nomenclatuur.

Type exemplaren

Type-exemplaren (of &lsquotypes&rsquo) zijn een integraal onderdeel van de plantennomenclatuur. Types zijn over het algemeen geconserveerde plantenspecimens, ondergebracht in een herbarium, maar in bepaalde gevallen kunnen typen ook worden weergegeven door afbeeldingen. Types dienen als de aangewezen &lsquo-standaard&rsquo voor het concept van een bepaalde auteur van een gepubliceerde plantnaam, en ze helpen ons te bepalen hoe namen moeten worden toegepast.

Het kan behoorlijk complex zijn om te bepalen hoe een bepaald type-exemplaar de toepassing van een bepaalde plantnaam beïnvloedt. Er moeten verschillende factoren in overweging worden genomen. Vanwege deze complexiteit is de Internationale code voor botanische nomenclatuur herkent veel verschillende soorten. Deze worden aangegeven met een voorvoegsel voor het woord '-type', bijvoorbeeld: holotype, lectotype, neotype, enzovoort.

Cultivarnamen

Namen voor cultivars (= culgetriggerd varieties) is ingewikkelder en wordt gedicteerd door een andere reeks regels die bekend staat als de International Code of Nomenclature for Cultivated Plants, de laatste editie die in 2004 is gepubliceerd.

De cultivarnaam wordt altijd toegevoegd na een geldige wetenschappelijke naam op geslachts- of soortniveau, is niet gelatiniseerd, wordt ingebracht enkele aanhalingstekens, en is niet cursief. d.w.z:
Grevillea 'Robyn Gordon' '150 een cultivar die een door de mens gemaakte hybride is tussen twee soorten [foto]
Grevillea rosmarinifolia 'Rosy Posy' – een cultivar die een geselecteerde vorm is van een geldige soort [foto]
Grevillea 'Rosy Posy' '150 is een alternatieve naam voor deze plant, acceptabel, maar minder informatief [foto].

Voor meer informatie over cultivarnamen, zie de website van de Australian Cultivar Registration Authority.

Veelvoorkomende namen


Marsilea drummondii
of Nardoo

Er is geen internationale conventie die bepaalt hoe gewone namen kunnen worden geschreven of gebruikt. In feite komen gewone namen in hun meest ware vorm voort uit algemeen gebruik door mensen die in contact komen met de planten en vaak mensen die niet op de hoogte zijn van de wetenschappelijke naamgeving van planten.

Deze echte 'gewone namen' zijn daarom in een reeks van verschillende talen, verschillende scripts en op geen enkele manier gecodificeerd. Dezelfde plantensoort kan op verschillende plaatsen zeer verschillende algemene namen hebben en kan verschillende algemene namen op dezelfde plaats hebben volgens verschillende groepen mensen. Dus Aboriginals en Europeanen die in hetzelfde gebied wonen, kunnen elk heel verschillende gemeenschappelijke namen hebben voor dezelfde plant.

Soms worden namen die door de ene groep mensen worden gebruikt, overgenomen door een andere, soms wordt de uitspraak daarbij beschadigd. De watervaren Marsilea drummondii is nu bekend onder de algemene naam 'Nardoe' , een poging om de gesproken Aboriginal naam voor deze plant in een deel van Australië om te zetten in het Engels [een andere foto].

Veelvoorkomende namen (in de volkstaal) gebruiken

Er is geen algemeen aanvaarde manier om gemeenschappelijke namen te schrijven. Over het algemeen wordt echter het volgende aanbevolen:

    Voor een naam die in algemene zin wordt gebruikt voor een groep of geslacht (bijv. flessenborstel, conifeer, eik) die begint met een kleine letter, geldt dit ook voor botanische namen die in algemene zin worden gebruikt, bijv. banksia's, camelia's en acacia's.

Lumley, Peter & Spencer, Roger (1991) 'Plantennamen: een gids voor botanische nomenclatuur', Koninklijke Botanische Tuinen, Melbourne.

1 Roodbloeiende gom = Corymbia ficifolia
maar er zijn veel verschillende soorten roodbloeiend tandvlees, dat wil zeggen eucalyptus met rode bloemen.


Mendel's principes van overerving &ndash uitgelegd!

Mendelisme of Mendeliaanse principes zijn regels van overerving die voor het eerst werden ontdekt door Mendel.

Afbeelding met dank aan: img.docstoccdn.com/thumb/orig/126954860.png

Er zijn vier principes of wetten van overerving gebaseerd op monohybride en polyhybride kruisingen.

Eén genovererving:

Elk karakter wordt gecontroleerd door een gen dat ten minste twee allelen heeft (monogene overerving). Studie van overerving van een enkel paar allelen (factoren) van een karakter tegelijk (monohybride kruising) wordt één genovererving genoemd. Op basis van zijn observaties over monohybride kruisingen stelde Mendel een reeks generalisaties (postulaten) voor die resulteerden in de formulering van de volgende drie erfelijkheidswetten.

1. Principe van gepaarde factoren:

Een personage wordt in een organisme (diploïde) weergegeven door ten minste twee factoren. De twee factoren liggen op de twee homologe chromosomen op dezelfde locus. Ze kunnen dezelfde (homozygoot, bijv. TT in het geval van zuivere hoge erwtenplanten, tt in het geval van dwergerwtenplanten) of alternatieve expressies (heterozygoot, bijv. Tt in het geval van hybride hoge erwtenplanten) van hetzelfde karakter vertegenwoordigen.

Factoren die de alternatieve of dezelfde vorm van een karakter vertegenwoordigen, worden allelen of allelomorfen genoemd.

2. Wet of principe van dominantie:

Bij heterozygote individuen of hybriden wordt een karakter weergegeven door twee contrasterende factoren die allelen of allelomorfen worden genoemd. Van de twee contrasterende allelen is er maar één in staat om het effect ervan in het individu tot uitdrukking te brengen. Het wordt dominante factor of dominant allel genoemd. Het andere allel dat zijn effect niet laat zien bij het heterozygote individu, wordt recessieve factor of recessief allel genoemd. Mendel gebruikte lettersymbolen om factoren aan te duiden.

Het lettersymbool verwijst naar de dominante factor. Het krijgt een hoofdletter of hoofdletter van het alfabet. Een overeenkomstige kleine letter of kleine letter wordt toegewezen aan de recessieve factor, bijvoorbeeld T (lengte) en t (dwergheid).

Mendel experimenteerde slechts voor zeven tekens met Pisuin sativum. In elk van de gevallen ontdekte hij dat de ene uitdrukking of eigenschap van het personage (bijvoorbeeld T of lengte in het geval van lengte) dominant is over de andere uitdrukking of eigenschap van het personage. Dit kan ook experimenteel worden aangetoond.

Neem twee Erwtenplanten, de ene pure of homozygote hoge (hoogte 1,2-2,0 m) en de andere pure of homozygote dwerg (hoogte 0,25-0,5 m Fig. 5.4). Kruis de twee en voed hun nageslacht op dat eerste kind of F, generatie wordt genoemd. Alle planten van F, generatie zijn hoog (hoogte 1,2-2,0 m), hoewel ze ook een factor voor dwerggroei hebben gekregen.

Dat de factor voor dwerggroei aanwezig is in F1 planten kunnen worden getest door ze zelf te kweken wanneer individuen van F2 generatie zal zowel lang als dwerg zijn in de verhouding van 3: 1. Daarom is in F1 planten zijn zowel de factoren voor lengte als voor dwerggroei aanwezig. De factor voor dwerggroei kan zich echter niet uitdrukken in aanwezigheid van factor voor lengte. De factor voor langheid is dus dominant over de factor voor dwerggroei. De factor voor dwerggroei is recessief.

(i) Het verklaart waarom individuen van F, generatie, de eigenschap van slechts één ouder uitdrukken, (ii) De wet van dominantie kan het optreden van een 3: 1-verhouding in F verklaren2 individuen, (iii) Het geeft aan waarom een ​​gemengde populatie superieur is omdat het veel van de defecte recessieve allelen verbergt.

3. Principe of wet van scheiding:

De twee factoren van een personage die in een persoon aanwezig zijn, houden hun identiteit verschillend, gescheiden op het moment van gametogenese of sporogenese, worden willekeurig verdeeld over verschillende gameten en worden vervolgens opnieuw gekoppeld in verschillende nakomelingen volgens het waarschijnlijkheidsprincipe.

Het principe van segregatie (de eerste wet van het mendelisme) kan worden afgeleid uit een wederzijdse monohybride kruising, zeg maar tussen een pure erwtenplant (hoogte 1,2-2,0 m) en dwergerwtenplant (hoogte 0,25-0,5 m). De hybriden of planten van de eerste filial (F1) generatie zijn allemaal lang, hoewel ze ook de factor voor dwerggroei hebben gekregen.

Het is omdat de factor voor langheid dominant is, terwijl de factoren voor dwerggroei recessief zijn. Als de hybriden zichzelf mogen voortplanten, worden de planten van de tweede filial of F2 generatie lijkt zowel lang als dwerg te zijn in de fenotypische verhouding van 3:1 (Fig. 5.5).

Verdere zelfveredeling van deze planten laat zien dat de dwergplanten true (tt) kweken, d.w.z. alleen dwergplanten produceren. Van de hoge planten kweekt 1/3 waar, dat wil zeggen dat ze alleen hoge planten opleveren. De resterende 2/3 van de F2 hoge planten of 50% van de totale F2 planten gedragen zich als hybride planten en produceren zowel hoge als dwergplanten in de verhouding 3:1.

Daarom is de F2 fenotypische verhouding van 3: 1 is genotypisch 1 puur groot: 2 hybride lang: 1 dwerg. Het bovenstaande kruis laat zien dat:

(i) Hoewel F1 planten vertonen slechts één alternatieve of dominante eigenschap van een karakter, het draagt ​​eigenlijk factoren of allelen van beide eigenschappen van het karakter omdat de tweede alternatieve of recessieve eigenschap voorkomt in de F2 generatie. Daarom, F1 planten zijn genetisch hybride, in het bovenstaande geval Tt.

(ii) F, planten zijn een product van fusie van mannelijke en vrouwelijke gameten. Omdat ze het gencomplement van Tt dragen, moeten de fuserende gameten elk slechts één factor binnenbrengen (T van TT en t van tt-ouder).

mannelijke gameet Vrouwelijke gameet Nakomelingen
Kruis ik t t Tt
Wederzijds kruis t t Tt

(iii) F2 generatie wordt geproduceerd door zelfkweek van de F1 planten. F2 generatie bestaat uit drie soorten planten: puur hoog, hybride hoog en dwerg. Dit is alleen mogelijk als (a) De twee mendeliaanse factoren die aanwezig zijn in de F1, planten segregeren tijdens de vorming van gameten, (b) Gameten dragen een enkele factor of allel voor een personage, 50% van het ene type en 50% van het tweede type, (c) De factoren worden willekeurig verdeeld in het nageslacht als gevolg van willekeur of toeval fusie van gameten tijdens de bevruchting.

Aangezien slechts één van de twee factoren overgaat in een gameet, wordt 50% van de mannelijke en vrouwelijke gameten gevormd door F1 plant bezit de factor voor lengte, terwijl de resterende 50% de factor voor dwerggroei heeft. Hun willekeurige fusie resulteert in het volgende:

Het principe van segregatie is het meest fundamentele principe van erfelijkheid dat zonder uitzondering universeel toepasbaar is. Sommige werkers zoals Bateson noemen het principe van segregatie het principe van zuiverheid van gameten omdat segregatie van de twee mendeliaanse factoren van een eigenschap ertoe leidt dat gameten slechts één factor uit een paar krijgen. Daardoor zijn gameten altijd zuiver voor een personage. Het is ook bekend als de wet van niet-vermenging van allelen.

Overerving van twee genen:

Om zijn resultaten van monohybride kruisingen te verifiëren, kruiste Mendel ook erwtenplanten die in twee karakters verschilden (di-hybride kruising). Dit hielp hem de overerving van twee genen (d.w.z. twee paren allelen) tegelijk te begrijpen. Er werd gevonden dat de overerving van één paar allelen (één teken) niet interfereert met de overerving van een ander paar allelen (tweede teken). Op basis daarvan stelde Mendel een tweede reeks generalisaties (postulaat) voor die nu de wet van onafhankelijk assortiment wordt genoemd.

4. Principe of wet van onafhankelijk assortiment:

Het is door Correns de tweede wet van het mendelisme genoemd. Volgens dit principe of deze wet sorteren of scheiden de twee factoren van elk karakter zich onafhankelijk van de factoren van andere karakters op het moment van gameetvorming en worden willekeurig herschikt in de nakomelingen die zowel ouderlijke als nieuwe combinaties van eigenschappen produceren.

Het principe of de wet van onafhankelijke sortering kan worden bestudeerd door middel van dihybride kruising, bijvoorbeeld tussen pure veredeling Erwtenplanten met gele ronde zaden (YYRR) en zuivere veredeling Erwtenplanten met groen gerimpelde zaden (yyrr).

De planten van de eerste filial of F1 generatie hebben allemaal gele en ronde zaden (YyRr) omdat gele en ronde eigenschappen respectievelijk dominant zijn over groene en gerimpelde eigenschappen. Bij zelfkweek, de resulterende tweede filial of F2 generatie toont vier soorten planten (Fig. 5.6). De door Mendel verkregen gegevens zijn als volgt:

Geel en rond = 315/556 = 9/16

Geel en gerimpeld = 101/556 = 3/16

Groen en Rond = 108/556 = 3/16

Groen en gerimpeld = 32/556 = 1/16

Zo is de fenotypische verhouding van een dihybride kruising 9: 3: 3: 1. Het voorkomen van vier soorten planten (twee meer dan oudersoorten) in de F2 generatie van dihybride kruisingen laat zien dat de factoren van elk van de twee karakters onafhankelijk van de andere assorteren alsof het andere paar factoren niet aanwezig is. Het kan ook worden bewezen door de afzonderlijke karakters van zaadkleur en zaadtextuur afzonderlijk te bestuderen.

Geel (9 + 3=12): Groen (3 + 1 = 4) of 3: 1

Ronde (9 + 3 = 12): Gerimpeld (3 + 1 = 4) of 3: 1

Het resultaat van elk teken is vergelijkbaar met de monohybride verhouding. Dat de factoren van de twee karakters onafhankelijk van elkaar sorteren, kan verder worden bewezen door de verschillende kansen te vermenigvuldigen.

Het principe of de wet van onafhankelijk assortiment is alleen van toepassing op die factoren of genen die zich ver op hetzelfde chromosoom bevinden of op verschillende chromosomen voorkomen. Eigenlijk draagt ​​een chromosoom honderden genen.

Alle genen of factoren die op een chromosoom aanwezig zijn, worden samen overgeërfd, behalve wanneer er wordt overgegaan. Het fenomeen van overerving van een aantal genen of factoren vanwege hun samen voorkomen op dezelfde chromosomen wordt koppeling genoemd. Mendel ontdekte zelf dat witbloemige erwtenplanten altijd witte zaden produceerden, terwijl roodbloemige planten altijd grijze zaden produceerden.

Post-Mendeliaanse ontdekkingen (post-Mendeliaanse tijdperk- Andere patronen van overerving):

Geninteractie is de invloed van allelen en niet-allelen op de normale fenotypische expressie van genen. Het is van twee soorten, intragene (inter-allelische) en intergene (niet-allelische).


Inhoud

Vroege Griekse filosofen probeerden orde in de natuur te verklaren, vooruitlopend op moderne concepten. Pythagoras (ca. 570–ca. 495 v. Chr.) legde uit dat patronen in de natuur, zoals de harmonieën van muziek, voortkomen uit het getal, dat volgens hem het basisbestanddeel van het bestaan ​​was. [a] Empedocles (ca. 494-c. 434 v. Chr.) liep tot op zekere hoogte vooruit op Darwins evolutionaire verklaring voor de structuren van organismen. [b] Plato (ca. 427–ca. 347 v. Chr.) pleitte voor het bestaan ​​van natuurlijke universalia. Hij beschouwde deze als ideale vormen ( eidos: "vorm") waarvan fysieke objecten nooit meer zijn dan onvolmaakte kopieën. Een bloem kan dus ruwweg rond zijn, maar het is nooit een perfecte cirkel. [2] Theophrastus (ca. 372-ca. 287 v. Chr.) merkte op dat planten "met platte bladeren ze in een regelmatige reeks hebben" Plinius de Oudere (23-79 n.Chr.) merkte hun cirkelvormige opstelling op. [3] Eeuwen later merkte Leonardo da Vinci (1452-1519) de spiraalvormige rangschikking van bladpatronen op, dat boomstammen opeenvolgende ringen krijgen naarmate ze ouder worden, en stelde hij een regel voor die zogenaamd voldoet aan de dwarsdoorsnede van boomtakken. [4] [3]

In 1202 introduceerde Leonardo Fibonacci met zijn boek de Fibonacci-reeks in de westerse wereld Liber Abaci. [5] Fibonacci presenteerde een gedachte-experiment over de groei van een geïdealiseerde konijnenpopulatie. [6] Johannes Kepler (1571–1630) wees op de aanwezigheid van de Fibonacci-reeks in de natuur en gebruikte deze om de vijfhoekige vorm van sommige bloemen te verklaren. [3] In 1658 besprak de Engelse arts en filosoof Sir Thomas Browne "hoe de natuur meetkunde" in De tuin van Cyrus, daarbij verwijzend naar de numerologie van Pythagoras met het getal 5 en de platonische vorm van het quincunx-patroon. Het centrale hoofdstuk van de verhandeling bevat voorbeelden en observaties van de quincunx in de botanie. [7] In 1754 merkte Charles Bonnet op dat de spiraalvormige phyllotaxie van planten vaak werd uitgedrukt in zowel rechtsom als linksom reeksen van de gulden snede. [3] Wiskundige observaties van phyllotaxis volgden met Karl Friedrich Schimper en zijn vriend Alexander Braun's 1830 en 1830 werk, respectievelijk Auguste Bravais en zijn broer Louis verbonden phyllotaxis-verhoudingen met de Fibonacci-reeks in 1837, ook wijzend op het voorkomen ervan in dennenappels en ananassen. [3] In zijn boek uit 1854 onderzocht de Duitse psycholoog Adolf Zeising de gulden snede die wordt uitgedrukt in de rangschikking van plantendelen, de skeletten van dieren en de vertakkingspatronen van hun aderen en zenuwen, evenals in kristallen. [8] [9] [10]

In de 19e eeuw formuleerde de Belgische natuurkundige Joseph Plateau (1801-1883) het wiskundige probleem van het bestaan ​​van een minimaal oppervlak met een bepaalde grens, dat nu naar hem is vernoemd. Hij bestudeerde intensief zeepfilms en formuleerde de wetten van Plateau die de structuren beschrijven die worden gevormd door films in schuim. [11] Lord Kelvin identificeerde het probleem van de meest efficiënte manier om cellen van hetzelfde volume als schuim te verpakken in 1887. Zijn oplossing gebruikt slechts één vaste stof, de gebitrunceerde kubische honingraat met zeer licht gebogen vlakken om te voldoen aan de wetten van Plateau. Er werd geen betere oplossing gevonden tot 1993, toen Denis Weaire en Robert Phelan de Weaire-Phelan-structuur voorstelden. [12] Ernst Haeckel (1834-1919) schilderde prachtige illustraties van mariene organismen, in het bijzonder Radiolaria, en benadrukte hun symmetrie ter ondersteuning van zijn nep-darwinistische evolutietheorieën. [13] De Amerikaanse fotograaf Wilson Bentley nam de eerste microfoto van een sneeuwvlok in 1885. [14]

In de 20e eeuw bestudeerde A.H. Church de patronen van phyllotaxis in zijn boek uit 1904. [15] In 1917 publiceerde D'Arcy Wentworth Thompson: Over groei en vorm zijn beschrijving van phyllotaxis en de Fibonacci-reeks, toonden de wiskundige relaties in de spiraalvormige groeipatronen van planten aan dat eenvoudige vergelijkingen de spiraalvormige groeipatronen van dierlijke hoorns en schelpen van weekdieren konden beschrijven. [16] In 1952 schreef Alan Turing (1912-1954), beter bekend om zijn werk op het gebied van computers en het ontcijferen van codes: De chemische basis van morfogenese, een analyse van de mechanismen die nodig zouden zijn om patronen in levende organismen te creëren, in het proces dat morfogenese wordt genoemd. [17] Hij voorspelde oscillerende chemische reacties, in het bijzonder de Belousov-Zhabotinsky-reactie. Deze activator-remmermechanismen kunnen, suggereerde Turing, patronen (genaamd "Turing-patronen") van strepen en vlekken bij dieren genereren en bijdragen aan de spiraalpatronen die te zien zijn in plantenphyllotaxis. [18] In 1968 ontwikkelde de Hongaarse theoretisch bioloog Aristid Lindenmayer (1925-1989) het L-systeem, een formele grammatica die kan worden gebruikt om plantengroeipatronen in de stijl van fractals te modelleren. [19] L-systemen hebben een alfabet van symbolen die kunnen worden gecombineerd met behulp van productieregels om grotere reeksen symbolen te bouwen, en een mechanisme om de gegenereerde reeksen in geometrische structuren te vertalen. In 1975, na eeuwen van langzame ontwikkeling van de wiskunde van patronen door Gottfried Leibniz, Georg Cantor, Helge von Koch, Wacław Sierpiński en anderen, schreef Benoît Mandelbrot een beroemd artikel, Hoe lang is de kust van Groot-Brittannië? Statistische zelfgelijkenis en fractionele dimensie, kristalliseren wiskundig denken in het concept van de fractal. [20]

Levende dingen zoals orchideeën, kolibries en de pauwstaart hebben abstracte ontwerpen met een schoonheid van vorm, patroon en kleur die kunstenaars maar moeilijk kunnen evenaren. [21] De schoonheid die mensen in de natuur waarnemen, heeft oorzaken op verschillende niveaus, met name in de wiskunde die bepaalt welke patronen fysiek kunnen worden gevormd, en bij levende wezens in de effecten van natuurlijke selectie, die bepalen hoe patronen evolueren. [22]

Wiskunde probeert allerlei soorten abstracte patronen of regelmatigheden te ontdekken en te verklaren. [23] [24] Visuele patronen in de natuur vinden verklaringen in chaostheorie, fractals, logaritmische spiralen, topologie en andere wiskundige patronen. Zo vormen L-systemen overtuigende modellen van verschillende patronen van boomgroei. [19]

De wetten van de natuurkunde passen de abstracties van de wiskunde toe op de echte wereld, vaak alsof deze perfect is. Een kristal is bijvoorbeeld perfect als het geen structurele defecten zoals dislocaties heeft en volledig symmetrisch is. Exacte wiskundige perfectie kan alleen echte objecten benaderen. [25] Zichtbare patronen in de natuur worden bepaald door natuurkundige wetten, meanders kunnen bijvoorbeeld verklaard worden met behulp van vloeistofdynamica.

In de biologie kan natuurlijke selectie om verschillende redenen de ontwikkeling van patronen in levende wezens veroorzaken, waaronder camouflage, [26] seksuele selectie, [26] en verschillende soorten signalen, waaronder mimicry [27] en reinigingssymbiose. [28] In planten zijn de vormen, kleuren en patronen van door insecten bestoven bloemen zoals de lelie geëvolueerd om insecten zoals bijen aan te trekken. Radiale patronen van kleuren en strepen, waarvan sommige alleen zichtbaar zijn in ultraviolet licht, dienen als nectargidsen die op afstand te zien zijn. [29]

Symmetrie Bewerken

Symmetrie is alomtegenwoordig in levende wezens. Dieren hebben voornamelijk bilaterale of spiegelsymmetrie, evenals de bladeren van planten en sommige bloemen zoals orchideeën. [30] Planten hebben vaak radiale of rotatiesymmetrie, net als veel bloemen en sommige groepen dieren zoals zeeanemonen. Vijfvoudige symmetrie wordt gevonden in de stekelhuidigen, de groep die zeesterren, zee-egels en zeelelies omvat. [31]

Onder niet-levende dingen hebben sneeuwvlokken een opvallende zesvoudige symmetrie. De structuur van elke vlok vormt een verslag van de verschillende omstandigheden tijdens de kristallisatie, met bijna hetzelfde groeipatroon op elk van zijn zes armen. [32] Kristallen hebben over het algemeen een verscheidenheid aan symmetrieën en kristalgewoonten, ze kunnen kubisch of octaëdrisch zijn, maar echte kristallen kunnen geen vijfvoudige symmetrie hebben (in tegenstelling tot quasikristallen). [33] Rotatiesymmetrie wordt op verschillende schalen gevonden bij niet-levende dingen, waaronder het kroonvormige spatpatroon dat wordt gevormd wanneer een druppel in een vijver valt, [34] en zowel de bolvorm als de ringen van een planeet als Saturnus. [35]

Symmetrie heeft verschillende oorzaken. Radiale symmetrie past bij organismen zoals zeeanemonen waarvan de volwassenen niet bewegen: voedsel en bedreigingen kunnen uit elke richting komen. Maar dieren die in één richting bewegen, hebben noodzakelijkerwijs een boven- en onderkant, kop en staart, en dus een linker en een rechter. Het hoofd wordt gespecialiseerd met een mond en zintuigen (cephalisatie), en het lichaam wordt bilateraal symmetrisch (hoewel interne organen dat niet hoeven te zijn). [36] Meer raadselachtig is de reden voor de vijfvoudige (pentaradiate) symmetrie van de stekelhuidigen. Vroege stekelhuidigen waren bilateraal symmetrisch, zoals hun larven nog steeds zijn. Sumrall en Wray betogen dat het verlies van de oude symmetrie zowel ontwikkelings- als ecologische oorzaken had. [37]

Dieren vertonen vaak spiegel- of bilaterale symmetrie, zoals deze tijger.

Vijfvoudige symmetrie is te zien in veel bloemen en sommige vruchten zoals deze mispel.

Granaat met ruitvormige dodecaëdrische kristalgewoonte.

Volvox heeft sferische symmetrie.

Bomen, fractals Bewerken

Het vertakkingspatroon van bomen werd in de Italiaanse Renaissance beschreven door Leonardo da Vinci. Hij verklaarde dat:

Alle takken van een boom zijn in elk stadium van zijn hoogte bij elkaar gezet even dik als de stam [onder hen]. [38]

Een meer algemene versie stelt dat wanneer een bovenliggende tak splitst in twee of meer onderliggende takken, de oppervlakten van de onderliggende takken optellen tot die van de bovenliggende tak. [39] Een equivalente formulering is dat als een oudertak zich splitst in twee onderliggende takken, de doorsnedediameters van de bovenliggende en de twee onderliggende takken een rechthoekige driehoek vormen. Een verklaring is dat bomen hierdoor beter bestand zijn tegen harde wind. [39] Simulaties van biomechanische modellen komen overeen met de regel. [40]

Fractals zijn oneindig gelijkaardige, herhaalde wiskundige constructies met een fractale dimensie. [20] [41] [42] Oneindige iteratie is in de natuur niet mogelijk, dus alle 'fractale' patronen zijn slechts bij benadering. Zo zijn de bladeren van varens en schermbloemen (Apiaceae) alleen zelfgelijkend (geveerd) op 2, 3 of 4 niveaus. Varenachtige groeipatronen komen voor bij planten en bij dieren, waaronder bryozoa, koralen, hydrozoa zoals de luchtvaren, Sertularia argentea, en in niet-levende dingen, met name elektrische ontladingen. Lindenmayer-systeemfractalen kunnen verschillende patronen van boomgroei modelleren door een klein aantal parameters te variëren, waaronder de vertakkingshoek, de afstand tussen knooppunten of vertakkingspunten (internodelengte) en het aantal vertakkingen per vertakkingspunt. [19]

De groeipatronen van bepaalde bomen lijken op deze fractals van het Lindenmayer-systeem.

Vertakkingspatroon van een baobabboom

Blad van fluitenkruid, Anthriscus sylvestris, is 2- of 3-geveerd, niet oneindig

Angelica bloemhoofd, een bol gemaakt van bollen (zelfgelijkend)

Bomen: Lichtenberg-figuur: diëlektrische hoogspanningsdoorslag in een acrylpolymeerblok

Bomen: dendritische koperkristallen (in microscoop)

Spiralen Bewerken

Spiralen komen veel voor bij planten en bij sommige dieren, met name weekdieren. Bijvoorbeeld, in de nautilus, een koppotig weekdier, is elke kamer van zijn schaal een geschatte kopie van de volgende, geschaald met een constante factor en gerangschikt in een logaritmische spiraal. [49] Met een modern begrip van fractals kan een groeispiraal worden gezien als een speciaal geval van zelfgelijkenis. [50]

Plant spirals can be seen in phyllotaxis, the arrangement of leaves on a stem, and in the arrangement (parastichy [51] ) of other parts as in composite flower heads and seed heads like the sunflower or fruit structures like the pineapple [15] [52] : 337 and snake fruit, as well as in the pattern of scales in pine cones, where multiple spirals run both clockwise and anticlockwise. These arrangements have explanations at different levels – mathematics, physics, chemistry, biology – each individually correct, but all necessary together. [53] Phyllotaxis spirals can be generated mathematically from Fibonacci ratios: the Fibonacci sequence runs 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13. (each subsequent number being the sum of the two preceding ones). For example, when leaves alternate up a stem, one rotation of the spiral touches two leaves, so the pattern or ratio is 1/2. In hazel the ratio is 1/3 in apricot it is 2/5 in pear it is 3/8 in almond it is 5/13. [54] In disc phyllotaxis as in the sunflower and daisy, the florets are arranged in Fermat's spiral with Fibonacci numbering, at least when the flowerhead is mature so all the elements are the same size. Fibonacci ratios approximate the golden angle, 137.508°, which governs the curvature of Fermat's spiral. [55]

From the point of view of physics, spirals are lowest-energy configurations [56] which emerge spontaneously through self-organizing processes in dynamic systems. [57] From the point of view of chemistry, a spiral can be generated by a reaction-diffusion process, involving both activation and inhibition. Phyllotaxis is controlled by proteins that manipulate the concentration of the plant hormone auxin, which activates meristem growth, alongside other mechanisms to control the relative angle of buds around the stem. [58] From a biological perspective, arranging leaves as far apart as possible in any given space is favoured by natural selection as it maximises access to resources, especially sunlight for photosynthesis. [52]

Nautilus shell's logarithmic growth spiral

Fermat's spiral: seed head of sunflower, Helianthus annuus

Multiple Fibonacci spirals: red cabbage in cross section

Water droplets fly off a wet, spinning ball in equiangular spirals

Chaos, flow, meanders Edit

In mathematics, a dynamical system is chaotic if it is (highly) sensitive to initial conditions (the so-called "butterfly effect" [59] ), which requires the mathematical properties of topological mixing and dense periodic orbits. [60]

Alongside fractals, chaos theory ranks as an essentially universal influence on patterns in nature. There is a relationship between chaos and fractals—the strange attractors in chaotic systems have a fractal dimension. [61] Some cellular automata, simple sets of mathematical rules that generate patterns, have chaotic behaviour, notably Stephen Wolfram's Rule 30. [62]

Vortex streets are zigzagging patterns of whirling vortices created by the unsteady separation of flow of a fluid, most often air or water, over obstructing objects. [63] Smooth (laminar) flow starts to break up when the size of the obstruction or the velocity of the flow become large enough compared to the viscosity of the fluid.

Meanders are sinuous bends in rivers or other channels, which form as a fluid, most often water, flows around bends. As soon as the path is slightly curved, the size and curvature of each loop increases as helical flow drags material like sand and gravel across the river to the inside of the bend. The outside of the loop is left clean and unprotected, so erosion accelerates, further increasing the meandering in a powerful positive feedback loop. [64]

Chaos: shell of gastropod mollusc the cloth of gold cone, Conus textile, resembles Rule 30 cellular automaton

Meanders: dramatic meander scars and oxbow lakes in the broad flood plain of the Rio Negro, seen from space

Meanders: sinuous path of Rio Cauto, Cuba

Meanders: sinuous snake crawling

Meanders: symmetrical brain coral, Diploria strigosa

Waves, dunes Edit

Waves are disturbances that carry energy as they move. Mechanical waves propagate through a medium – air or water, making it oscillate as they pass by. [65] Wind waves are sea surface waves that create the characteristic chaotic pattern of any large body of water, though their statistical behaviour can be predicted with wind wave models. [66] As waves in water or wind pass over sand, they create patterns of ripples. When winds blow over large bodies of sand, they create dunes, sometimes in extensive dune fields as in the Taklamakan desert. Dunes may form a range of patterns including crescents, very long straight lines, stars, domes, parabolas, and longitudinal or seif ('sword') shapes. [67]

Barchans or crescent dunes are produced by wind acting on desert sand the two horns of the crescent and the slip face point downwind. Sand blows over the upwind face, which stands at about 15 degrees from the horizontal, and falls onto the slip face, where it accumulates up to the angle of repose of the sand, which is about 35 degrees. When the slip face exceeds the angle of repose, the sand avalanches, which is a nonlinear behaviour: the addition of many small amounts of sand causes nothing much to happen, but then the addition of a further small amount suddenly causes a large amount to avalanche. [68] Apart from this nonlinearity, barchans behave rather like solitary waves. [69]

Waves: breaking wave in a ship's wake

Dunes: sand dunes in Taklamakan desert, from space

Dunes: barchan crescent sand dune

Wind ripples with dislocations in Sistan, Afghanistan

Bubbles, foam Edit

A soap bubble forms a sphere, a surface with minimal area (minimal surface) — the smallest possible surface area for the volume enclosed. Two bubbles together form a more complex shape: the outer surfaces of both bubbles are spherical these surfaces are joined by a third spherical surface as the smaller bubble bulges slightly into the larger one. [11]

A foam is a mass of bubbles foams of different materials occur in nature. Foams composed of soap films obey Plateau's laws, which require three soap films to meet at each edge at 120° and four soap edges to meet at each vertex at the tetrahedral angle of about 109.5°. Plateau's laws further require films to be smooth and continuous, and to have a constant average curvature at every point. For example, a film may remain nearly flat on average by being curved up in one direction (say, left to right) while being curved downwards in another direction (say, front to back). [70] [71] Structures with minimal surfaces can be used as tents.

At the scale of living cells, foam patterns are common radiolarians, sponge spicules, silicoflagellate exoskeletons and the calcite skeleton of a sea urchin, Cidaris rugosa, all resemble mineral casts of Plateau foam boundaries. [72] [73] The skeleton of the Radiolarian, Aulonia hexagona, a beautiful marine form drawn by Ernst Haeckel, looks as if it is a sphere composed wholly of hexagons, but this is mathematically impossible. The Euler characteristic states that for any convex polyhedron, the number of faces plus the number of vertices (corners) equals the number of edges plus two. A result of this formula is that any closed polyhedron of hexagons has to include exactly 12 pentagons, like a soccer ball, Buckminster Fuller geodesic dome, or fullerene molecule. This can be visualised by noting that a mesh of hexagons is flat like a sheet of chicken wire, but each pentagon that is added forces the mesh to bend (there are fewer corners, so the mesh is pulled in). [74]

Foam of soap bubbles: four edges meet at each vertex, at angles close to 109.5°, as in two C-H bonds in methane.

Radiolaria drawn by Haeckel in his Kunstformen der Natur (1904).

Haeckel's Spumellaria the skeletons of these Radiolaria have foam-like forms.

Brochosomes (secretory microparticles produced by leafhoppers) often approximate fullerene geometry.

Equal spheres (gas bubbles) in a surface foam

Circus tent approximates a minimal surface.

Tessellations Edit

Tessellations are patterns formed by repeating tiles all over a flat surface. There are 17 wallpaper groups of tilings. [75] While common in art and design, exactly repeating tilings are less easy to find in living things. The cells in the paper nests of social wasps, and the wax cells in honeycomb built by honey bees are well-known examples. Among animals, bony fish, reptiles or the pangolin, or fruits like the salak are protected by overlapping scales or osteoderms, these form more-or-less exactly repeating units, though often the scales in fact vary continuously in size. Among flowers, the snake's head fritillary, Fritillaria meleagris, have a tessellated chequerboard pattern on their petals. The structures of minerals provide good examples of regularly repeating three-dimensional arrays. Despite the hundreds of thousands of known minerals, there are rather few possible types of arrangement of atoms in a crystal, defined by crystal structure, crystal system, and point group for example, there are exactly 14 Bravais lattices for the 7 lattice systems in three-dimensional space. [76]

Crystals: cube-shaped crystals of halite (rock salt) cubic crystal system, isometric hexoctahedral crystal symmetry

Tilings: tessellated flower of snake's head fritillary, Fritillaria meleagris

Tilings: overlapping scales of common roach, Rutilus rutilus

Tilings: overlapping scales of snakefruit or salak, Salacca zalacca

Cracks Edit

Cracks are linear openings that form in materials to relieve stress. When an elastic material stretches or shrinks uniformly, it eventually reaches its breaking strength and then fails suddenly in all directions, creating cracks with 120 degree joints, so three cracks meet at a node. Conversely, when an inelastic material fails, straight cracks form to relieve the stress. Further stress in the same direction would then simply open the existing cracks stress at right angles can create new cracks, at 90 degrees to the old ones. Thus the pattern of cracks indicates whether the material is elastic or not. [77] In a tough fibrous material like oak tree bark, cracks form to relieve stress as usual, but they do not grow long as their growth is interrupted by bundles of strong elastic fibres. Since each species of tree has its own structure at the levels of cell and of molecules, each has its own pattern of splitting in its bark. [78]

Old pottery surface, white glaze with mainly 90° cracks

Drying inelastic mud in the Rann of Kutch with mainly 90° cracks

Veined gabbro with 90° cracks, near Sgurr na Stri, Skye

Drying elastic mud in Sicily with mainly 120° cracks

Cooled basalt at Giant's Causeway. Vertical mainly 120° cracks giving hexagonal columns

Palm trunk with branching vertical cracks (and horizontal leaf scars)

Spots, stripes Edit

Leopards and ladybirds are spotted angelfish and zebras are striped. [79] These patterns have an evolutionary explanation: they have functions which increase the chances that the offspring of the patterned animal will survive to reproduce. One function of animal patterns is camouflage [26] for instance, a leopard that is harder to see catches more prey. Another function is signalling [27] — for instance, a ladybird is less likely to be attacked by predatory birds that hunt by sight, if it has bold warning colours, and is also distastefully bitter or poisonous, or mimics other distasteful insects. A young bird may see a warning patterned insect like a ladybird and try to eat it, but it will only do this once very soon it will spit out the bitter insect the other ladybirds in the area will remain undisturbed. The young leopards and ladybirds, inheriting genes that somehow create spottedness, survive. But while these evolutionary and functional arguments explain why these animals need their patterns, they do not explain how the patterns are formed. [79]

Dirce beauty butterfly, Colobura dirce

Royal angelfish, Pygoplites diacanthus

Leopard, Panthera pardus pardus

Breeding pattern of cuttlefish, Sepia officinalis

Alan Turing, [17] and later the mathematical biologist James Murray, [80] described a mechanism that spontaneously creates spotted or striped patterns: a reaction–diffusion system. [81] The cells of a young organism have genes that can be switched on by a chemical signal, a morphogen, resulting in the growth of a certain type of structure, say a darkly pigmented patch of skin. If the morphogen is present everywhere, the result is an even pigmentation, as in a black leopard. But if it is unevenly distributed, spots or stripes can result. Turing suggested that there could be feedback control of the production of the morphogen itself. This could cause continuous fluctuations in the amount of morphogen as it diffused around the body. A second mechanism is needed to create standing wave patterns (to result in spots or stripes): an inhibitor chemical that switches off production of the morphogen, and that itself diffuses through the body more quickly than the morphogen, resulting in an activator-inhibitor scheme. The Belousov–Zhabotinsky reaction is a non-biological example of this kind of scheme, a chemical oscillator. [81]

Later research has managed to create convincing models of patterns as diverse as zebra stripes, giraffe blotches, jaguar spots (medium-dark patches surrounded by dark broken rings) and ladybird shell patterns (different geometrical layouts of spots and stripes, see illustrations). [82] Richard Prum's activation-inhibition models, developed from Turing's work, use six variables to account for the observed range of nine basic within-feather pigmentation patterns, from the simplest, a central pigment patch, via concentric patches, bars, chevrons, eye spot, pair of central spots, rows of paired spots and an array of dots. [83] [84] : 6 More elaborate models simulate complex feather patterns in the guineafowl Numida meleagris in which the individual feathers feature transitions from bars at the base to an array of dots at the far (distal) end. These require an oscillation created by two inhibiting signals, with interactions in both space and time. [84] : 7–8

Patterns can form for other reasons in the vegetated landscape of tiger bush [85] and fir waves. [86] Tiger bush stripes occur on arid slopes where plant growth is limited by rainfall. Each roughly horizontal stripe of vegetation effectively collects the rainwater from the bare zone immediately above it. [85] Fir waves occur in forests on mountain slopes after wind disturbance, during regeneration. When trees fall, the trees that they had sheltered become exposed and are in turn more likely to be damaged, so gaps tend to expand downwind. Meanwhile, on the windward side, young trees grow, protected by the wind shadow of the remaining tall trees. [86] Natural patterns are sometimes formed by animals, as in the Mima mounds of the Northwestern United States and some other areas, which appear to be created over many years by the burrowing activities of pocket gophers, [87] while the so-called fairy circles of Namibia appear to be created by the interaction of competing groups of sand termites, along with competition for water among the desert plants. [88]

In permafrost soils with an active upper layer subject to annual freeze and thaw, patterned ground can form, creating circles, nets, ice wedge polygons, steps, and stripes. Thermal contraction causes shrinkage cracks to form in a thaw, water fills the cracks, expanding to form ice when next frozen, and widening the cracks into wedges. These cracks may join up to form polygons and other shapes. [89]

The fissured pattern that develops on vertebrate brains is caused by a physical process of constrained expansion dependent on two geometric parameters: relative tangential cortical expansion and relative thickness of the cortex. Similar patterns of gyri (peaks) and sulci (troughs) have been demonstrated in models of the brain starting from smooth, layered gels, with the patterns caused by compressive mechanical forces resulting from the expansion of the outer layer (representing the cortex) after the addition of a solvent. Numerical models in computer simulations support natural and experimental observations that the surface folding patterns increase in larger brains. [90] [91]


Taxonomic Keys: Meaning, Suggestions and Types

A key is a device, which when properly constructed and used, enables a user to identify an organism. Keys are devices consisting of a series of contrasting or contradictory statements or propositions requiring the identifier to make comparisons and decisions based on statements in the key as related to the material to be identified.

Thus, a taxonomic key is a device for quickly and easily identifying to which species an unknown plant belongs.

The key consists of a series of choices, based on observed features of the plant specimen. It provides a choice between two contradictory statements resulting in the acceptance of one and the rejection of the other.

A single pair of contradictory statements is called a couplet and each statement of a couplet is termed a lead. By making the correct choice at each level of the key, one can eventually arrive at the name of the unknown plant.

Suggestions for the Use of Taxonomic Keys:

(a) Appropriate keys should be selected for the materials to be identified. The keys may be in a flora, manual, guide handbook, monograph, or revision. If the locality of an unknown plant is known, a flora, guide, or manual treating the plants of that geographic area may be selected.

If the family or genus is recognized, one may choose to use a monograph or revision. However, if the locality is unknown a general work may be selected. If materials to be identified are cultivated, one of the manuals treating such plants should be selected, since most floras do not include cultivated plants unless naturalized.

(b) The introductory comments on format details, abbreviations, etc. should be read before using the key.

(c) Both the leads of a couplet should be read before making a choice. Even though the first lead may seem to describe the unknown material, the second lead may be even more appropriate.

(d) A glossary should be used to check the meaning of terms, which one does not understand.

(e) Several similar structures should be measured, when measurements are used in the key, e.g. several leaves and not a single leaf should be measured. No decision should be made on a single observation. Rather it is often desirable to examine several specimens.

(f) The results should be verified by reading a description, comparing the specimen with an illustration or an authentically named herbarium specimen.

Suggestion for Construction of Taxonomic Keys:

(a) Constant characteristics rather than variable ones should be used.

(b) Proper measurements rather than terms like “large” en “klein” should be used.

(c) Characteristics that are generally available to the user of the key rather than seasonal characteristics or those seen only in the field should be used.

(d) A positive choice should be made. De term “is” instead of “is niet” should be used.

(e) If possible one should start both choices of a pair with the same word.

(f) If possible, different pairs of choices should be started with different words.

(g) The descriptive terms should be preceded with the name of the part to which they apply.

Types of Taxonomic Keys:

There are two types of keys:

(b) Poly clave (also called Multiple Access or Synoptic).

l. Dichotomous Keys:

Keys in which the choices allow only two (mutually exclusive) alternative couplets are known as dichotomous keys. In constructing a key, contrasting characters are chosen that divide the full set of possible species into smaller and smaller groups i.e. the statements typically begin with broad characteristics and become narrower as more choices are required.

Each time a choice is made, a number of species are eliminated from consideration and the range of possible species to which the unknown specimen may belong is narrowed. Eventually, after sufficient choices have been made, their range reduces to a single species and the identity of the unknown plant is revealed. Dichotomous comes from the Greek root dich meaning “twee” and temnein meaning “to cut“.

Couplets can be organized in several forms. The couplets can be presented using numbers (numeric) or using letters (alphabetical). The couplets can be presented together or grouped by relationships. There is no apparent uniformity in presentation of dichotomous keys.

(a) Types of Dichotomous Keys:

There are two types of dichotomous keys. They differ in the method by which the couplets are organized and how the user is directed to successive choices.

(i) Indented Keys (also called yoked):

Indents the choices (leads) of the couplet an equal distance from the left margin. The two choices of the couplet are usually labelled 1 and 1′ or la and lb. It is not necessary that the choices are numbered, but it helps. The user goes to the next indented couplet following the lead that was selected.

Provides both choices side-by-side. The choices of the couplet must be numbered (or lettered). It is very helpful if the previous couplet is given. This key has exactly the same choices as the first example. The choices are separated, but it is easy to see the relationships. While this key might be more difficult to construct, it gives more information to the user.

(b) Problems using Dichotomous Keys:

A key may be difficult to use at times because:

I. The key may not include all potential variations in the species

II. The key may rely on features not present in that season

III. The key may not include “alle” species of interest

NS. One may misinterpret a feature or make a mistake.

ii. Poly Clave Keys:

Another type of key, which is relatively a new alternative to dichotomous keys and becoming increasingly popular, especially because of the ease of computerizing them, is termed multiple access or poly clave or synoptic key. The advantage of these keys is that they allow the user to enter the key at any point.

This key is based on the identification of organisms by a process of elimination. In a written poly clave key there is a series of characters and character states. Each state is followed by a number or code for the species that possess that feature.

The user needs to select any character and then copy down the list of species that possess the feature. Then the user has to select another character and eliminate any species that is not common to both lists. This process has to be continued until the specimen is identified.

It’s easy to imagine how these keys are computerized. Consider a series of standard playing cards. Imagine each card has four holes punched into it along the top margin. If the card is a spade we cut the first hole through the margin if a club, the second hole is notched to the margin a heart the third hole is notched and finally if it is a diamond the fourth hole is notched.

Further imagine that along the bottom of the card we punch 14 holes (2 – 10, J, K, Q, A) and cut a notch for the appropriate number. Thus, the Queen of Hearts will have a notch cut into the third hole on the top of the card, and the Queen notch on the bottom of the card.

Now, let’s use our punch card deck of cards to identify an unknown card. Shuffle another deck of cards and pick any card. Let’s assume that this “unknown” card is the Ace of Spades. To identify this unknown, we analyse the characters and two are obvious, suit and number.

Let’s start with suit – take a long needle and stick it through the “spades hole“. Since, only spades are notched, the other suits will remain on the needle and spades will drop out of the deck.

Now, collect the spades cards and put a needle through the next character, the Ace and, viola, the Ace of Spades falls out. This is the general principle of how the computerized version of poly clave keys work. The main difference is that a computer allows for countless holes (characters) and notches (states) to be included and does the needlework for us.

An example of a Poly clave key:

Poly clave Key to Pollination Type:

Pollination is the process of transferring pollen from one flower to another. Since plants can’t move, they utilize vectors such as wind, water and animals to accomplish this process for them. Flowers are specialized by shape, colour, door, nectar etc. in order to maximize the chance that a certain vector will accomplish pollination. These flower adaptations are collectively known as pollination syndromes or systems.

Plants differ in the degree of their specialization for a particular pollination system. For example, many orchids are pollinated by only a single type of bee.

Other flowers are not as specialized and may be pollinated by a variety of bees or perhaps beetles. In other cases, insects may visit flowers without actually transferring pollen. These factors make it difficult to determine with absolute certainty the pollination system by the poly clave key.

(a) Advantages of Poly clave Keys:

The advantages of a poly clave (multiple-access) key are:

II. They allow multi-entry i.e. the user can start anywhere. This is a significant advantage because the user can rely on characters that are most easy to observe, rather than having to deal with characters that may not be present in the specimen or are poorly developed.

III. They are order-free i.e. the user can work in any direction with any character.

V. They are easily computerized. In fact, these keys are most commonly used in this form. Paper versions are typically large and unwieldy because each character needs to list all possible taxa.

(b) Suggestions to use a Poly clave Key:

I. Read through the list of characters to become familiar with the possibilities.

II. Scan the list to find a character with a state that you observe in your specimen. Start with a readily identifiable character that has only a few numbers (taxa) associated with it.

III. Write a brief description of the character and state and the numbers of the taxa that can be described by this state.

NS. Choose another character and state that describes your taxa. Write a brief description of this state below the name of the first state chosen. Then, scratch off the original list of any taxon that doesn’t appear in the second.

V. Continue this process until just one taxon remains for all of the states. If there is no single taxon described by the states chosen, and two or more remain, go back and check for errors.

VI. Read the name of the taxon after its number in the list of taxa. Check your identification with a description in a manual or the herbarium.


Incomplete dominantie

With codominant alleles, both traits are expressed at the same time. With incomplete dominance, the same thing occurs—but the traits are blended together just like paint mixed together, rather than occurring in discrete patches like the speckled flowers.

Going back to our flower example, if flower color shows incomplete dominance then two different flowers crossed together will produce a hybrid that’s in between both of the parents. So, for example, if you cross a white flower with a red flower, you would get a pink flower if the two alleles showed incomplete dominance.


L-system rule for different plant types - Biology

Plants are living organisms that cover much of the land of planet Earth. You see them everywhere. They include grass, trees, flowers, bushes, ferns, mosses, and more. Plants are members of the kingdom plantae.

What makes a plant a plant?

  • Most plants make their own food through a process called photosynthesis.
  • Plants have a cuticle, meaning they have a waxy layer on their surface that protects them and keeps them from drying out.
  • They have eukaryotic cells with rigid cell walls.
  • They reproduce with spores or with sex cells.

Plant cells are composed of rigid cell walls made of cellulose, chloroplasts (which help with photosynthesis), a nucleus, and large vacuoles filled with water.

One of the most important functions of most plants is photosynthesis. Plants use photosynthesis to create energy directly from sunlight. You can go here to learn more about photosynthesis.

  • Vascular - These plants have specific tissues that help to move materials such as water through the plant. They are further divided into non-flowering plants and flowering plants. Most of the organisms you probably think of as plants, such as trees, bushes, and flowers, fit into this group.
  • Nonvascular - These are smaller plants, such as mosses, that use diffusion and osmosis to move material through the plant.

The three basic parts of most vascular plants are the leaf, the stem, and the roots.

Leaf - The leaf is an organ of a plant that is specialized for photosynthesis. Leaves capture energy from sunlight as well as collect carbon dioxide from the air. Many leaves are flat and thin in order to catch as much sunlight as possible. However, leaves come in many different shapes including long skinny needles that are found on pine trees.

Stem - The stem is the main structure that supports leaves and flowers. Stems have vascular tissues that move food and water around the plant to help it grow. Plants often store food in their stems.

Roots - The roots of a plant grow underground. Roots help to keep the plant from falling over and gather water and minerals from the soil. Some plants store food in their roots. The two major types of roots are fibrous roots and taproots. Taproots tend to have one major root that grows very deep, while fibrous roots have many roots that grow in all directions.


Roots: Support for the Plant

Roots are not well preserved in the fossil record nevertheless, it seems that they did appear later in evolution than vascular tissue. The development of an extensive network of roots represented a significant new feature of vascular plants. Thin rhizoids attached the bryophytes to the substrate. Their rather flimsy filaments did not provide a strong anchor for the plant neither did they absorb water and nutrients. In contrast, roots, with their prominent vascular tissue system, transfer water and minerals from the soil to the rest of the plant. The extensive network of roots that penetrates deep in the ground to reach sources of water also stabilizes trees by acting as ballast and an anchor. The majority of roots establish a symbiotic relationship with fungi, forming mycorrhizae. In the mycorrhizae, fungal hyphae grow around the root and within the root around the cells, and in some instances within the cells. This benefits the plant by greatly increasing the surface area for absorption.


Mendel's Law of Segregation

In the case of pod color, the Mendel Pea Experiment showed that a cross between a green pod plant and a yellow pod plant produced only green pod plants for the F1 generation. It appeared that the yellow pod characteristic had disappeared.

However, the F2 generation threw up a surprising result the yellow pod variant appeared in a quarter of this generation.

Clearly, some thing strange was going on and, in an inspired piece of thinking, Mendel came up with his 'Law of Segregation'.

  1. There are alternative forms of genes, the units determining heritable characteristics. This is now known as an allel
  2. An organism inherits one allele from each parent. The F1 generation inherited one green and one yellow pod allele from the parental generation.
  3. A sperm or egg carries only one allele for each characteristic which pair upon fertilization.
  4. When the alleles are different, one is fully expressed and the other is masked, now known as dominant and recessive genes.

The Mendel Pea Experiment and the discovery of the Law of Segregation has shaped the way that genetic research has developed and it has been shown that this law applies to all sexually reproducing organisms.


Related Biology Terms

  • codominantie – A situation where two alleles are neither dominant nor recessive towards each other and both are expressed as phenotype.
  • Diploid – A cell containing two sets of chromosomes, one set from each parent. Diploid cells contain two copies of nearly every gene.
  • Gametes – Mature, haploid germ cells from the male and female that can fuse with one another to form a zygote.
  • Haploid – A cell containing a single set of chromosomes.

1. Which of these is inherited completely from the mother?
A. Genes for eye color
B. Genes for cystic fibrosis
C. Genes from the Y-chromosome
NS. Mitochondrial genes

2. Which of these are assumptions in creating a Punnett square?
A. The alleles for each trait segregate during meiosis
B. Each trait assorts independently of the others
C. Only one gene locus is involved in a particular trait
NS. All of the above

3. How many rows and columns would be needed to create a Punnett square for a trihybrid cross?
A. 3X3
B. 6X6
C. 8X8
NS. 9X9


Bekijk de video: 5 soorten klanten. The Legends (December 2021).