سیگنال های هشدار اولیه در سیستم شیمیایی شبیه به بازار سهام و اکوسیستم

محققان با نظارت بر یک سیستم شیمیایی نوسان کننده ، سیگنال های هشدار دهنده اولیه واضحی را مشاهده کرده اند که سیستم قبل از سقوط به رفتار حالت پایدار نزدیک می شود.

پدیده ای به نام کند شدن بحرانی نشان می دهد که یک سیستم در نزدیکی مرز بین ثبات نسبی و رفتار بالقوه کمتری قرار دارد. این نوع سیگنال در سیستم های بی شماری از جمله اکوسیستم ها ، آب و هوای جهانی ، شیوع عفونی ، بازارهای مالی و شروع افسردگی مشخص می شود. اکنون محققان همین سیگنال ها را در یک شبکه شیمیایی نیز مشاهده کرده اند.

منبع: © Wilhelm Huck/دانشگاه Radboud

یک شبکه واکنش شیمیایی پیچیده می تواند سیگنال های هشدار دهنده اولیه را نشان دهد که در نزدیکی مرز بین رفتارهای غلظت نوسان و حالت پایدار باشد

الیور مگوایر ، از دانشگاه رادبود در هلند که این مطالعه را با هم همکاری می کنند ، می گوید: "سیستم نوسان ما کمترین تعداد مؤلفه های لازم برای تولید نوسانات را در طول زمان دارد."سیستم آنها که در یک مطالعه قبلی توسعه یافته است ، از تریپسین آنزیم استفاده می کند و بسته به درجه حرارت و سرعت جریان ، دو رفتار ممکن را تولید می کند: نوسانات پایدار در غلظت تریپسین ، یا نوسانات مرطوب که تمایل به سطح پایدار تریپسین دارند. مگوایر و همکارانش به طور موقت دمای سیستم را بالا بردند و علاوه بر نظارت بر شکل امواج نوسان ، مدت زمان بازگشت به نوسانات پایدار را اندازه گیری کردند.

نزدیک به مرز بین دو رفتار ، این سیستم هر دو رفتار کاهش سرعت بحرانی (افزایش زمان بهبودی را به دنبال اختلال) و گسترش امواج نوسان نشان می دهد. با نظارت بر این سیگنال ها ، این گروه توانست نشان دهد که شبکه اسیلاتور تریپسین آنها رفتار مطابق با مدل های پیش بینی شده توسط مدل ها در دماهای مختلف و نرخ جریان را نشان می دهد. مگوایر توضیح می دهد: "اهمیت سیگنال های هشدار دهنده اولیه تا حدودی به رسمیت شناخته شده است زیرا به محیط زیست ، اقلیم شناس و اقتصاددانان اجازه می دهد تا زمانی که یک سیستم نزدیک به فروپاشی است ، در جایی که امکان مدل سازی کامل سیستم وجود ندارد ، شناسایی کنند."

به عنوان مثال ، در شیمی سیستم ها ، سیگنال های هشدار دهنده اولیه می توانند پارامترهای موجود در پرواز را شناسایی و تصحیح کنند ، بنابراین باعث افزایش ثبات واکنش می شوند. با این حال ، Maguire مراقب است توجه داشته باشد که یک برنامه هنوز به نوعی خاموش است.‘به طور خاص ، ما باید یاد بگیریم که چگونه سیستم های شیمیایی ایجاد کنیم که می تواند اطلاعات و سیگنال ها را پردازش کند و سپس پاسخی به این امر ایجاد کند. پس از اینكه ما این را داریم ، می توانیم به دنبال ادغام آن در یك مکانیسم بازخورد باشیم.

مارتن شفر از دانشگاه Wageningen و تحقیقات در هلند ، که به ثبات و تغییر سیستم های پیچیده علاقه مند است ، همچنین نسبت به پتانسیل سیگنال های هشدار دهنده اولیه در سیستم های شیمیایی مثبت است.‘به یک معنا تعجب آور نیست که چنین سیگنال های هشدار دهنده اولیه عمومی برای انتقال های مهم اکنون برای شبکه های واکنش شیمیایی یافت می شود. ما اکنون می دانیم که آن امضاهای پویا از انعطاف پذیری به اندازه کافی عمومی هستند که در طیف گسترده ای از سیستم ها قابل تشخیص هستند. با این حال ، دیدن این مورد در زمینه شیمی که در آن طیف وسیعی از برنامه های کاربردی کاملاً پدیدار می شوند ، بسیار هیجان انگیز است. "

منابع

این مقاله دسترسی آزاد است