Учёные составили математическую модель плода и выверили свои расчёты экспериментально, сообщает научный журнал Nature Physics.
В ходе опытов с набухающим гелем в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук исследователи нашли объяснение характерной форме яблока — почти идеального шара с обязательной выемкой в верхней части на месте крепления плодоножки. Исследования проводились на основе теории сингулярности, а также регулярного сбора и измерений урожая.
Яблоки из фруктового сада Кембриджского университета учёные изучали на разных этапах формирования. Каждый плод разрезался вдоль с целью фиксации образования верхней ямки. По искривлению формы шара вокруг плодоножки были получены сведения о динамике изменения плода в течение времени. Наблюдения показали, что углубление выемки происходит постепенно, а на молодых плодах до полутора сантиметров в диаметре это искривление трудно заметить.
Для математического описания наблюдений исследователи использовали ту же теорию особенностей или сингулярности, с помощью которой описываются чёрные дыры, преломление света и прочие физические явления и процессы. Так была выведена универсальная формула кривой при моделировании яблока.
Далее авторы работы сосредоточились над выяснением механической основы появления выемки. Было установлено, что плод равномерно разрастается во всех направлениях, исключая внутреннюю сердцевину и область примыкания плодоножки. Цифровое моделирование и эксперименты с набуханием геля подтвердили механизм формирования выемки за счёт разной скорости роста тканей в разных частях плода. Попутно исследователи узнали о механической нестабильности, из-за которой вокруг плодоножки могут появляться множественные перегибы.
В будущем научная группа займётся исследованием клеточных и молекулярных факторов, лежащих в основе биологической сингулярности.