• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Szumy pomagają w uformowaniu kręgosłupa

    30.09.2011. 00:33
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Proste zjawiska chemiczne i fizyczne odpowiadają za powstawanie w zarodkach periodycznych struktur, z których później wykształcają się m.in. kręgi kręgosłupa. Badania naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Centre National de la Recherche Scientifique są zaskakujące, ponieważ dotychczas sądzono, że za ich powstawanie odpowiedzialne są geny.

    "We wczesnej fazie rozwoju zarodków kręgowców w ich mezodermie grzbietowej (środkowa warstwa komórek zarodka - PAP) wykształcają się segmenty nazywane somitami. Z czasem przekształcają się one m.in. w kręgi - elementy kręgosłupa" - czytamy w przesłanym PAP komunikacie IChF PAN.

     

    Polsko-francuski zespół z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie i Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) w Paryżu przedstawił prosty model teoretyczny opisujący formowanie podobnych struktur. Analiza własności modelu ujawniła, że w ich powstawaniu zaskakującą rolę odgrywa wewnętrzny szum, obecny w każdym układzie fizycznym.

    "Jesteśmy przekonani, że prawa fizyki i chemii mogą tłumaczyć zjawiska biologiczne i ewolucję żywych organizmów" - mówi dr hab. Bogdan Nowakowski z IChF PAN.

    Wyjaśnia, że z tego powodu uczeni spróbowali teoretycznie odwzorować opisany wyżej element rozwoju zarodkowego kręgowców. "Zrobiliśmy to rozważając najprostsze schematy reakcji chemicznych, z udziałem zaledwie kilku składników" - tłumaczy.

    Jak informuje IChF PAN, model zaproponowany przez polskich i francuskich naukowców jest wyjątkowo prosty. W jego skład wchodzą trzy reakcje chemiczne i cztery substancje. W naturze formowanie się periodycznych struktur w embrionach przebiega prawdopodobnie w sposób bardziej skomplikowany, być może z udziałem kilkudziesięciu i więcej reakcji.

    "Nasz model jest pracą czysto teoretyczną, sygnałem pokazującym, że za część zjawisk zachodzących podczas somitogenezy mogą odpowiadać naprawdę proste mechanizmy" - podkreśla Nowakowski.

    Dysponując modelem teoretycznym odzwierciedlającym dynamikę zjawiska obserwowanego w rozwoju zarodków, polsko-francuski zespół mógł sprawdzić wpływ wewnętrznego szumu na opisywany proces. "W naturze szum jest konsekwencją cząsteczkowej budowy materii, nieuniknionym efektem występującym w każdym układzie fizycznym. Do modelu teoretycznego szum trzeba jednak wprowadzić" - wyjaśniają specjaliści z IChF PAN.

    Jak tłumaczą, teoretycy mogą więc dokonać rzeczy nieosiągalnej dla eksperymentatorów: porównać układ nieistniejący w przyrodzie (bez szumu) z układem z szumem i ocenić, jak fluktuacje termodynamiczne (przypadkowe odchylenia od średniej wartości) wpływają na proces segmentacji.

    "Zazwyczaj zakłada się, że przypadkowy szum zakłóca istniejący porządek. Nasze symulacje dały przeciwny wynik. Po wprowadzeniu szumu do modelu periodyczne struktury zaczęły pojawiać się znacznie szybciej, zaraz po przejściu frontu chemicznego" - opisuje Nowakowski.

    Badania, przeprowadzone w ramach polsko-francuskiego Programu Polonium, opublikowano w czasopiśmie "Europhysics Letters".

    PAP - Nauka w Polsce

    ekr/ agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Rezonans stochastyczny to zjawisko, w którym odpowiedź układu dynamicznego na zewnętrzny sygnał osiąga wartość optymalną w obecności szumu o pewnym konkretnym natężeniu. Szum może niekiedy poprawić, nie zaś wyłącznie pogorszyć własności niektórych urządzeń. Zjawisko to dotyczy układów nieliniowych, które mogą posiadać kilka stabilnych stanów. Sygnał pozbawiony szumów nie powoduje przejścia pomiędzy stanami (na przykład przejścia urządzenia w stan detekcji sygnału). Sygnał z małym szumem może powodować przejścia pomiędzy stanami zgodnie z sygnałem (na przykład detekcja sygnału może nie być trwała). Istnieje pewien optymalny poziom szumu (zapewniający na przykład detekcję sygnału). Zbyt wielki poziom szumu powoduje jednak że sygnał zaczyna „ginąć” w szumie (detekcja sygnału przestaje być stabilna ze względu na znaczny poziom szumu). Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (w skrócie IChF PAN) instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Warszawie. Obecnie tematyka badań w IChF jest skoncentrowana wokół aktualnych problemów fizykochemii. Jednostka ma prawo do nadawania stopnia naukowego doktora oraz doktora habilitowanego w zakresie chemii. Szum śrutowy (niem. Schrotrauschen) – fluktuacje zachodzące w układach zawierających odpowiednio mało cząstek mogących nieść energię. Przykładem może być szum związany z przepływem prądu elektrycznego, związany z ziarnistą naturą ładunku elektrycznego. Szum śrutowy jest szumem białym i charakteryzuje się normalnym rozkładem wartości chwilowych oraz stałą gęstością widmową energii. Pomiary szumu śrutowego pozwalają na wyznaczenie wielkości ładunku elementarnego.

    Joseph Marie Verlinde lub Jacques Verlinde (ur. w 1947 w Belgii) - duchowny katolicki, specjalista w dziedzinie chemii nuklearnej (doktor fizyki). Prowadził badania naukowe w Centre national de la recherche scientifique, instytucji, która stanowi francuski odpowiednik Polskiej Akademii Nauk. Czarna księga komunizmu (fr. oryg. Le Livre noir du communisme. Crimes, terreur, répression) – książka wydana w 1997 roku, napisana przez francuskich autorów związanych z Centre national de la recherche scientifique.

    Szum elektryczny - każdy niepożądany sygnał, który występuje na wyjściu lub w jakiejś części układu elektronicznego. Szum ogranicza minimalną wartość sygnału użytecznego, który będzie do rozróżnienia na wyjściu układu, ogranicza zatem czułość na wejściu układu. Oprócz szumów powstających wewnątrz układu może szum dostawać się też z zewnątrz w postaci zakłóceń. Stéphane Courtois (ur. 25 października 1947) – francuski historyk, pracownik Centre national de la recherche scientifique i uniwersytetu Paris X Nanterre, profesor Katolickiego Instytutu Studiów Wyższych w La Roche-sur-Yon. Specjalizuje się w historii światowego ruchu komunistycznego.

    Ludwik Leibler (ur. 1951 w Warszawie) – fizyk czynny we Francji, profesor École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI ParisTech), pracownik Centre national de la recherche scientifique (CNRS) oraz członek National Academy of Engineering (USA). Szum akustyczny – dźwięk, którego widmo jest w większości zakresu słyszalności zrównoważone, tzn. nie występują w tym widmie gwałtowne "piki" (maksima), które słyszalne mogłyby być jako dźwięczące rezonanse o określonej wysokości tonu. Przez analogię dla widma optycznego fali elektromagnetycznej, szum o całkowicie płaskim widmie sygnału akustycznego nazywa się szumem białym (światło białe to de facto szum elektromagnetyczny mieszaniny wszystkich możliwych barw o całkowicie płaskim widmie w zakresie widzialnym), natomiast szumy o widmie z przewagą częstotliwości niskich nazywa się szumem różowym (światło o przewadze niskich częstotliwości też jest różowe) lub niekiedy szumem /f. Szum o jeszcze większej przewadze częstotliwości niskich nazywa się szumem czerwonym (znowu przez analogię do światła, które nabiera barwy czerwonej, gdy ma jeszcze większą przewagę niskich częstotliwości).

    Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS (pl. Krajowe Centrum Badań Naukowych) - francuska państwowa instytucja naukowa, skupiająca się na rozwoju dziedzin nauki w tym technicznych, będąca pod kuratelą francuskiego ministra do spraw nauki.

    Dekonwolucja Wienera jest zastosowaniem filtru Wienera w celu oddzielenia szumu, który podlega splotowi z pierwotnym sygnałem. Jest ona dokonywana w domenie częstotliwości.

    Współczynnik błędów modulacji (ang. Modulation Error Ratio - MER) - parametr sygnału transmisji danych (np. sygnałów telewizyjnych). Wartość MER zależy od wielkości i rodzaju szumu zakłócającego sygnał (szum fazowy, amplitudowy). MER należałoby traktować nie jako miarę jakości sygnału, lecz jako miarę odstępu od całkowitego zaniku sygnału. Nieuwzględnienie tego parametru może powodować okresowe zanikanie sygnału cyfrowego w wyniku pojawiających się zakłóceń lub pogorszenie pogody. Zapewnienie odpowiedniego odstępu od tzw. klifu cyfrowego pozwala na uniknięcie tego typu sytuacji. Model małosygnałowy - sposób reprezentacji układu elektronicznego ograniczający analizę zachodzących w nich zjawisk wyłącznie do tych, które są związane ze składową zmienną. Założeniem modelu jest ograniczenie amplitudy sygnału zmiennego do niewielkich wartości w pobliżu punktu pracy. Taki zabieg pozwala zastąpić nieliniowe elementy liniowymi, które są dużo prostsze do zbadania. Podczas tworzenia modelu na podstawie schematu ideowego należy trzymać się kilku podstawowych zasad:

    Dekonwolucja (rozplot, ang. deconvolution) – w matematyce proces odwrotny do splotu funkcji. W cyfrowym przetwarzaniu sygnałów nazywa się czasem „odplataniem” sygnałów (w przeciwieństwie do ich splatania). Polega ona na określeniu funkcji opisującej zakłócenia (np. szum o charakterze funkcji harmonicznej) w celu ich odfiltrowania od zarejestrowanych danych i uzyskania niezakłóconych danych (np. uzyskanie ostrego obrazu z zamazanego zdjęcia).

    Dodano: 30.09.2011. 00:33  


    Najnowsze