在世界各地,交通拥堵是通勤者和司机的祸根。事实上,地球上每一个相当大的城市都存在道路拥堵问题,其中一些问题比其他城市严重得多。但是,尽管有时看起来很绝望,但有很多事情是市政当局可以做的,让生活在路上至少可以忍受一些。有时,这些解决方案可能具有异国情调或破坏性。例如,一个意想不到的灵感来源是植物。
植物生长似乎是静止的,但它是一种复杂多变的行为,它不断地适应环境,以养分、水和阳光的输入为基础。在植物内部,水和营养物质不断地随着水流的变化而变化。从本质上讲,植物已经找到了解决自身内部交通堵塞问题的方法。
一个主要的例子是植物茎中营养硼的流动。在高浓度的时候,硼的积累会变成有毒物质并杀死细胞。位于诺里奇(Norwich)和东京大学(University of Tokyo)的约翰·英纳斯中心(John Innes Centre)和日本东京大学(University of Tokyo)的研究人员发现,这些植物能够应对能源消耗系统的开发,这些系统能迅速地对“硼”(boron)的交通产生反应。这就是jam学家可能想要更详细研究的东西。
在植物内部,所有的东西都必须移动
是的,事实上,科学家们专注于研究和寻找避免交通堵塞的方法,这是一个叫做jamology的领域。在现实生活观察和数学建模的帮助下,jam学家可以解释为什么交通堵塞会发生。
一项来自该领域的著名研究涉及22辆汽车在环形轨道上行驶。科学家发现,一旦某一车辆密度阈值被跨越,交通流量就不可避免地变得不稳定,导致我们都知道和害怕的堵塞。
更重要的是,实验表明,拥挤车辆的干扰相对于汽车本身来说是倒退的。在jamology中,这通常被称为交通波。
约翰·英纳斯中心(John Innes Centre)的维罗妮卡·格里恩eisen(Veronica Grieneisen)和斯坦·马兰(Stan Maree)发现,在交通波和植物内部处理的方式之间存在着一种平行的关系。
“这些发现完全出乎我们的意料,”Grieneisen说。
她补充说:“尽管我们已经与工厂合作多年,但我们并没有期望他们能持续应对这种动态行为。”
尽管硼在土壤中并不意外变化,但植物却投入了大量的资源来响应它的信号。这包括基因编程的转运体,几乎可以立即在根部周围的水平上发现。
在调查为什么植物需要如此复杂的系统时,研究人员做出了一些惊人的发现。
当他们模拟了如果工厂的管理系统被减缓的时候会发生什么,硼开始像预期的那样积累起来。令人惊讶的是,从细胞到细胞的流动,而不是从细胞流动到营养流,就像交通流一样。
在这两种情况下,这都导致了吞吐量降低。在路上,这可能意味着更多的事故。在植物中,由于有毒的硼峰,它会导致细胞损伤,”Grieneisen解释了发表在《eLife》杂志上的研究结果。
“为了避免有害影响,boron监管需要迅速——这解决了我们最初的难题。”
利用成像和分子工具,研究人员得出结论,这是一种不存在的转运规则,细胞会周期性地经历高硼。有了这些新的信息,科学家们对植物如何适应更严酷的环境有了更好的了解。当研究生态系统如何适应气候变化时的环境变化时,这些知识可能会非常有用。
最重要的是,硼运输——或者至少是一些原则——可以应用于道路交通系统,以克服交通堵塞。
“在一天结束的时候,植物——即使它们不能像我们一样移动——仍然能够教会我们如何生活在快车道上。在他们的组织中有巨大的隐藏的动态,数学模型帮助我们更清楚地看到这一点,”Grieneisen说。
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