Ki festi a zebra csíkját? Önszerveződő kémiai és biológiai mintázatok Szalai István Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 1 / 30
Bevezetés Egyszerű elemek komplex viselkedés,,egy élettelen, de kellően összetett kémiájú bolygón nagyon valószínű, hogy az élet spontán módon kialakul, és egyre összetettebb és bonyolultabb formákba rendezi önmagát. Csak azt kell megérteni, hogy... milyen fizikai törvények tették az élet felé vezető első lépést nemcsak lehetségessé, de elkerülhetetlenné is. (Ian Stewart: A végtelen megszeĺıdítése, Helikon, 2008) Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 2 / 30
Egyszerű szabályok,,bonyolult mintázatok 21 spirál 34 spirál Hasonlóan spirálba rendeződnek a fenyőtoboz és az ananász pikkelyei, a napraforgó magjai, a málna szemei, a karfiol rózsái és egyes kaktuszok tüskéi. Fibonacci számok (Leonardo Fibonacci, kb. 1170 kb. 1250) 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377... Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 3 / 30
Tervszerű építkezés = TERVRAJZ Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 4 / 30
Önszerveződés = = Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 5 / 30
Kémiai reakciók Irány a rendezetlenség! Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 6 / 30
Diffúzió Irány a rendezetlenség! Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 7 / 30
Rendezetlenség rendezettség Zárt rendszerek = irány a rendezetlenség Nyitott rendszerek = többféle lehetőség (rendezetlenség, mintázatok... ) Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 8 / 30
Visszacsatolások Pozitív visszacsatolás: önerősítő folyamatok Negatív visszacsatolás: gátlás, szabályozás Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 9 / 30
Pozitív visszacsatolás: órareakciók Bővített Landolt-reakció A + 2X 3X Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 10 / 30
Órareakció Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 11 / 30
Pozitív és negatív visszacsatolás: oszcilláló reakciók Belouszov-Zsabotyinszkíj reakció A + Y X + P X + Y 2 P A + X 2 X + 2 Z 2 X A + P B + Z f Y Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 12 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: kémiai hullámok Belouszov-Zsabotyinszkíj reakció Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 13 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: kémiai hullámok Belouszov-Zsabotyinszkíj reakció Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 14 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: kémiai hullámok Gerjeszthetőség Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 15 / 30
Amőbák kommunikációja: kémiai hullámok Dictyostelium discoideum Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 16 / 30
Amőbák kommunikációja: kémiai hullámok Dictyostelium discoideum Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 17 / 30
Amőbák kommunikációja: kémiai hullámok Dictyostelium discoideum Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 18 / 30
Spirálhullámok a szívizomzatban EKG: normális és kamrafibrilláció során mérhető Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 19 / 30
Önszerveződés közösségi szinten: spirálhullámok Méhek védekeznek Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 20 / 30
Kémiai hullámok G. Ertl kémiai Nobel-díj 2007 Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 21 / 30
Kémiai hullámok G. Ertl kémiai Nobel-díj 2007 Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 22 / 30
Kémiai hullámok G. Ertl kémiai Nobel-díj 2007 Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 23 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: álló kémiai mintázatok Alan Turing 1912-1954 Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 24 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: álló kémiai mintázatok A biológiai mintázatok kialakulásának matematikai alapjai: pöttyök és csíkok Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 25 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: álló kémiai mintázatok A biológiai mintázatok kialakulásának matematikai alapjai: pöttyök és csíkok Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 26 / 30
Ke miai reakcio k e s a diffu zio o sszja te ka: a llo ke miai minta zatok A biolo giai minta zatok kialakula sa nak matematikai alapjai: po ttyo k e s csı kok Szalai Istva n ELTE ( Eo tvo s Lora nd Tudoma nyegyetem Budapest 2011 ) 27 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: álló kémiai mintázatok A matematikai elmélet kísérleti megvalósítása: pöttyök és csíkok Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 28 / 30
Kémiai reakciók és a diffúzió összjátéka: álló kémiai mintázatok Kémiai mintázatok galériája Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 29 / 30
Köszönöm a figyelmüket! Szalai István ELTE ( Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest 2011 ) 30 / 30