ここでも数学が使えることが判明？生き物は数学的モデルを巧みに利用して、物理的な動きの制限を克服する - 「生物界の数学ゲーム」

 

ペースパターンは常に変化しています

生物が移動するときに経験する制約は物理的なものです。クリーチャーが手足を使用する場合、手足は、それらに作用する力を支えるのに十分な強度がなければなりません。(私は、動くと崩壊する設計の悪いロボットをかなり見てきました。) 同じことが他の形態の動きにも当てはまり、泳いでいる場合、動物は流体力学の法則と格闘します。物理法則が動物の動きに影響を与えることは驚くべきことではありません。明らかに、この場合、数学は生物学で使用されるさまざまなモデルを提供します。どんなに風変わりなものであっても、使用されないことはめったにありません。

物理学の影響はさらに大きくなります。足を制御する神経系がない限り、足だけを持っていても役に立ちません。運動とニューラル ネットワークは 1 つであり、この 2 つは個別にではなく、一緒に進化する必要があります。また、感覚を司るニューラル ネットワークが外界のパターンを模倣しなければならないように、運動を司るニューラル ネットワークも動物の身体の機械的パターンを模倣しなければなりません。

手足のような物理システムの自然な振動パターンがニューラルネットワークの振動パターンと同じであるという驚くべき事実のために、この共進化が本当に可能であるか、または起こりやすいかは疑問です. 手足と脳が完全な生物学的構造になるずっと前に、ペーシングの一般的なリズムがあり、動物の手足を脳に結び付ける可能性がありました。ペーシング リズムは、進化のフェーズ空間に存在し、使用されるのを待っているパターンを提供します。

あらゆる生き物が動く

このパターンは実際に常に使用されます。ほとんどすべての生物は動き、最も静止している植物でさえ光に向かって曲がり、最も小さなプランクトンは流れに沿って漂いますが、チーターは獲物を追いかけながら時速 110 キロまで走ることができます。

生物には非常に多くの種類があり、それらの動き方も同様です。細菌は小さな回転するプロペラを使ってボートのように水中を進みますが、ゾウリムシのような単細胞生物は鞭毛を振ることで移動方向を選択できます。

(Fig. 70) ウナギ Centronotus gunnellus の筋収縮波形。図／「生物界の数学ゲーム」

動きの数学的パターンは多様で印象的です: ゾウリムシは、トウモロコシ畑のそよ風のように進行する波のように動きます; バクテリアの渦巻くらせんによって作成される幾何学的パターンは比類のないものです; ヘビとウナギは筋肉の収縮に依存して波動を行います.蠕動運動のように (図 70); ガラガラヘビはコイル状のばねのように暑い砂漠で転がります; 次に、前端が前方に移動し、- グリフに伸びます。

アホウドリは固い翼で滑空し、時折だらだらと羽ばたき、水かきのある足で水面を切り裂き、不器用だが魅力的な方法で疾走し、ゾウは何もない熱帯の大草原をゆっくりと足を一本ずつ動かしながら移動します (図. 71)、海辺の町を散歩するラブラドール・レトリバーの模様に似ています。

(図 71) ゆっくりと歩くゾウ。図／「生物界の数学ゲーム」

ラクダの歩行パターンは異なります。最初に両方の左足を同時に動かし、次に右足を両方とも (「ペース」と呼ばれます)、酔っぱらいのように左右に揺らします。リスは別のモードです: 1 回ジャンプして、1 回停止し、次に再びジャンプします。アラームが発生した場合は、「停止」ステップをスキップします。

Carparachneaureoflava このホイール スパイダーは、8 本スポークの車輪のように砂漠を転がります。跳躍するウジ (より正式には Ceratitis capitata (地中海ミバエ) として知られる幼虫) があり、それは ∩ の形にねじれ、まっすぐになり、砲弾のように空中に飛び上がり、完全な放物線を形成します。