कई वर्षों तक विनम्र किरण-पंख वाली मछली वैज्ञानिकों और समुद्र प्रेमियों दोनों को आश्चर्यचकित करना बंद नहीं करती है।
अपने कोणीय आकार के बावजूद, वे आश्चर्यजनक चपलता के साथ तैरते हैं, जिससे शोधकर्ता चकित रह जाते हैं कि वे ऐसा कैसे करते हैं। इसके अलावा, वे बहुत आकर्षक हैं: मोटे होंठ और घन-आकार वाले शरीर के साथ, चमकीले, आकर्षक पैटर्न में चित्रित – पोल्का डॉट्स, धारियां और बहुत कुछ।
शोधकर्ताओं से कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय मुझे विशेष रूप से ऑस्ट्रेलियाई अरकाना ऑरनाटा के चित्रित शरीर पर धब्बे, धारियों और षट्भुजों में दिलचस्पी है। उन्होंने पाया कि पिछली शताब्दी के मध्य में आधुनिक कंप्यूटिंग के जनक माने जाने वाले एलन ट्यूरिंग द्वारा विकसित सिद्धांत का उपयोग करके उनकी त्वचा पर इन सभी पैटर्न का गणितीय रूप से वर्णन और पुनरुत्पादन किया जा सकता है।
एक गणितीय मॉडल जो प्राकृतिक अनाज और अन्य “खामियों” सहित पेंट बॉडी के पैटर्न के सबसे छोटे विवरणों को भी सटीक रूप से पुन: पेश करता है, पत्रिका में प्रस्तुत किया गया है संकट. लेखकों में से एक, केमिकल इंजीनियर अंकुर गुप्ता बताते हैं कि यह वैज्ञानिकों को यह समझने के करीब लाता है कि प्रकृति में मछली और अन्य जीवित जीवों की त्वचा पर ऐसे जटिल पैटर्न कैसे बनते हैं।
“यह कठोर गणितीय मॉडल और वास्तविक दुनिया की अराजक, जीवंत सुंदरता के बीच अंतर को पाटने में मदद करता है,” उन्होंने कहा।
यह ज्ञान ऐसे छद्म कपड़े बनाने में मदद कर सकता है जो प्राकृतिक रंगों की नकल करते हैं या नरम रोबोट के विकास को बढ़ावा दे सकते हैं जो कठोर संरचनाओं के बजाय लचीली सामग्री का उपयोग करते हैं।
70 साल पहले विकसित विचार
यह शोध एक सैद्धांतिक मॉडल विकसित करता है जिसे ट्यूरिंग ने 1952 में प्रकाशित किया था। यह दो प्रक्रियाओं की परस्पर क्रिया पर आधारित है: प्रसार, जब कण सभी उपलब्ध स्थान को समान रूप से भरने की कोशिश करते हैं, और उनके बीच रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।
आमतौर पर, प्रसार से एकरूपता आती है – उदाहरण के लिए, यदि आप पेंट को पानी में गिराते हैं, तो यह धीरे-धीरे एक रंग का घोल बना देगा। लेकिन ट्यूरिंग ने प्रदर्शित किया कि, कुछ शर्तों के तहत, प्रसार और रासायनिक प्रतिक्रिया का संयोजन, इसके विपरीत, स्वचालित रूप से क्रमबद्ध संरचनाएं बना सकता है: धारियां, धब्बे और अन्य पैटर्न। इन्हें बाद में ट्यूरिंग मॉडल के रूप में जाना जाने लगा।
इन पैटर्नों के पीछे का गणित यह समझाने में मदद करता है कि प्रकृति तेंदुए के धब्बे, मोलस्क के गोले पर वक्र और कई अन्य जैविक पैटर्न कैसे बनाती है। वही मॉडल मानव उंगलियों के निशान के निर्माण, तल पर रेत की लहरों के पैटर्न और आकाशगंगाओं में पदार्थ के वितरण का वर्णन करता है।
कंप्यूटर प्रोग्राम जो प्रसार और प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं का अनुकरण करते हैं, कुछ जैविक मॉडल को पुन: पेश कर सकते हैं। लेकिन गुप्ता के अनुसार, उनके परिणाम अक्सर प्रकृति की अंतर्निहित खुरदरापन – दोष रेखाएं, असमान मोटाई या दाने के बिना, बहुत ही निष्फल और परिपूर्ण दिखते हैं। यहां तक कि उनका अपना मॉडल, जो शरीर की त्वचा में वर्णक कोशिकाओं के व्यवहार का अनुकरण करता है, शुरू में धुंधले, अस्पष्ट पैटर्न उत्पन्न करता है।
गुप्ता कहते हैं, ''प्रसार प्रणाली स्वाभाविक रूप से धुंधली होती है।'' “तो प्रकृति स्पष्ट पैटर्न कैसे बनाती है?”
2023 में, गुप्ता के एक छात्र ने मॉडल में एक अलग प्रकार की सेल गतिविधि जोड़कर एक समाधान खोजा। शोधकर्ता के अनुसार, तरल में कोशिकाएं एक साथ चिपक सकती हैं और अन्य फैलते कणों के प्रवाह से बहकर एक साथ चल सकती हैं। यह प्रक्रिया, जिसे प्रसार कहा जाता है, वही प्रक्रिया है जिसके कारण साबुन धोने पर कपड़ों से गंदगी खींच लेता है।
इसके लिए धन्यवाद, कार बॉडी की त्वचा पर अनुरूपित पैटर्न अधिक स्पष्ट और अधिक अभिव्यंजक बन गए हैं। और उनकी प्राकृतिक खामियों को जोड़ने के लिए, व्यक्तिगत कोशिकाओं के बीच यादृच्छिक टकराव को ध्यान में रखकर मॉडल को जटिल बनाया गया था।
और पैटर्न के साथ, समान “त्रुटियां” भी दिखाई देती हैं: धारियां असमान रूप से मोटी हो जाती हैं, जगह-जगह टूट जाती हैं; षट्भुज के किनारे जगह-जगह मिलते नहीं हैं और मुड़े हुए या ढेलेदार दिखते हैं; षट्भुज के अंदर के बिंदु एक साथ विस्तारित या विलीन हो जाते हैं। सबसे अच्छी बात यह है कि इन दोषों की डिग्री को समायोजित किया जा सकता है।
वास्तविकता का एक सरलीकृत संस्करण
लेखक स्वीकार करते हैं कि उनका मॉडल वास्तविकता का एक सरलीकृत संस्करण है। यह कोशिकाओं के बीच अधिक जटिल अंतःक्रियाओं को ध्यान में नहीं रखता है और, ट्यूरिंग के मूल मॉडल की तरह, वर्णक उत्पादन के विशिष्ट जैविक तंत्र को प्रकट नहीं करता है।
हालाँकि, ट्यूरिंग के मॉडल ने नींव रखी, जिससे वैज्ञानिकों को कई व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए मॉडल निर्माण में हेरफेर करने की अनुमति मिली। शोधकर्ताओं ने इसका उपयोग बढ़ती ई. कोली कॉलोनियों में पैटर्न बनाने, जेब्राफिश की धारियों को बदलने, अधिक कुशल समुद्री जल फिल्टर विकसित करने और यहां तक कि मानव निपटान पैटर्न को समझने के लिए किया है।
गुप्ता कहते हैं, ''हम अध्ययन करते हैं कि प्रकृति ऐसा कैसे करती है ताकि हम इसे बाद में दोहरा सकें,'' हालांकि, यह कोई रहस्य नहीं है कि हम मुख्य रूप से सरल वैज्ञानिक जिज्ञासा से प्रेरित होते हैं। वह यह समझने के लिए उत्सुक हैं कि प्रकृति कैसे “असामान्य लेकिन अद्वितीय पैटर्न बनाती है जो दशकों से जीवविज्ञानियों को आकर्षित करती रही है।”
