Brian Enquist Fraktale Forex

Alle Kreaturen groß und klein Einige Leute sehen nur die Bäume, andere das ganze Holz. Aber wenn Brian Enquist eine seiner costaricanischen Feldaufstellungsorte betritt, spürt er weit tiefere Muster. Wenn ich in den Wald gehe, habe ich das Gefühl, dass, obwohl es sehr komplex ist, es einfache Regeln gibt, die dieser Komplexität zugrunde liegen, sagt er. Enquist, ein Ökologe an der Universität von Arizona in Tucson, arbeitet daran, Gesetze abzuleiten, die das Funktionieren der Ökosysteme und die Biologie ihrer konstituierenden Organismen in Bezug auf diese Organismengrößen erklären können - ein Projekt, das für die Biologie als Newton-Beiträge potenziell wichtig ist Sind die Physik, wie sie von einem Kommentator vor kurzem formuliert wurde. Durch die Erläuterung einfacher Skalierungsgesetze - mathematische Ausdrücke, wie die Biologie der Organismen mit ihrer Größe variiert - hoffen Enquist und seine Kollegen, in Bezug auf die fraktale Geometrie von Netzwerken wie Kreislaufsystemen Muster zu verstehen Im Metabolismus, im Wachstum, in der Ökologie und in der Entwicklung über der lebenden Welt. Eine Reihe von hoch zitierten Papieren in Top-Zeitschriften, und die Ökologische Gesellschaft für Amerikas 2001 Mercer Award für junge Forscher, um Enquist, bezeugen die Auswirkungen dieser Ideen. Aber, wie bei jeder kühnen neuen Theorie, fragen einige ihre Allgemeinheit und andere ihre Wahrheit. Andere Kritiker sogar leugnen die Existenz der sehr Trends, die die Theorie zu erklären versucht. Haben Enquist und seine Kollegen wirklich einen erstaunlichen theoretischen Durchbruch gemacht oder ist der Vergleich mit Newton Hype Die Debatte wütet, aber was Konsens schließlich schließlich auftaucht, so gut wie alle Beteiligten glaubt, dass wichtige biologische Einsichten aus diesem neuen Fokus auf Skalierung stammen werden. Enquist und seine beiden Partner, der Ökologe James Brown von der University of New Mexico in Alberquerque und der Physiker Geoffrey West vom Los Alamos National Laboratory, auch in New Mexico, haben die Akten wieder auf den Markt gebracht, um eine grundlegende Erklärung für biologische Schuppengesetze abzuleiten Ein Geheimnis, das Biologen seit mehr als einem halben Jahrhundert verwirrt hat. Die Naturforscher wissen schon seit langem, dass viele Aspekte der Biologie mit ihrer Größe variieren. Größere Tiere leben in einem langsameren Tempo. Sie überleben länger, wachsen langsamer, haben langsamere Herzraten, und so weiter. In den 1930er Jahren legte der Physiologe Max Kleiber von der University of California, Davis, eine Nummer auf diesen Trend. Er zeigte, dass eine metabolische Rate der Tiere proportional zu ihrer Körpermasse ist, die zur Energie von 34 2 angehoben wird. Diese Beziehung wurde gefunden, um über der lebenden Welt von den Bakterien zu den blauen Walen und zu den riesigen Mammutbäumen über mehr als 20 Größenordnungsunterschieden zu halten Größe. Skalierungsgesetze, die auf Exponenten basieren, in denen der Nenner ein Vielfaches von vier ist, gelten für einen Wirt anderer biologischer Variablen wie Lebensdauer. Theres vielleicht 200 Skalierungsgesetze, die Viertelmächte in ihnen haben, sagt West. Blätter und Lungen teilen sich eine ähnliche fraktale Geometrie. Aber jahrzehntelang hielt sich Skalierungsgesetze strikt gegen Erklärungen. Organismen sind dreidimensional. So könnte man von den Prinzipien der euklidischen Geometrie erwarten, dass biologische Skalierungsgesetze auf Vielfachen der dritten und nicht der Viertelkraft arbeiten würden. Metabolische Raten, zum Beispiel, könnte als die 23 Leistung der Körpermasse zu skalieren - dies ist, wie Körperoberfläche, wo metabolische Wärme verloren geht, skaliert mit seinem Volumen, die bestimmt, wie viel metabolische Wärme ein bestimmter Organismus produzieren kann. Mitte der 1990er Jahre begannen Enquist und Brown, nach Faktoren zu suchen, die die fehlende vierte Dimension der biologischen Skalierung erklären könnten. Sie vermuteten, dass die Dynamik der Organismen internen Transport von Nährstoffen und anderen Ressourcen könnte der Schlüssel. Durch Kontakte im Santa Fe Institute in New Mexico, die auf dornige disziplinübergreifende Probleme spezialisiert sind, haben sie sich mit West zusammengetan, einem theoretischen Physiker mit der mathematischen Expertise, um ihnen bei der Entwicklung der Idee zu helfen. Die daraus resultierende Theorie gestaltet das skalierende Rätsel in Form von Ressourcenverteilungsnetzen wie Blutgefäßen, dem Xylem, das Wasser durch Pflanzen transportiert, und die Trachealtuben, die Sauerstoff zu einem Insektengewebe transportieren. So werden Variablen wie die metabolische Rate - und die Auswirkung auf die Veränderung der Körpergröße - zu einer Konsequenz, wie Ressourcen um diese Netzwerke herumgeschleppt werden. Ein Großteil des Lebens ist auf fraktale Weise entworfen. James Brown, University of New Mexico West, Brown und Enquists Theorie beginnt mit der Annahme, dass die Evolution biologische Ressourcenverteilungsnetze geschaffen hat, um den Bereich zu maximieren, über den sie Ressourcen aufnehmen und freisetzen können Minimieren die Zeit und Energie benötigt, um diese Ressourcen durch den Organismus zu transportieren. Natürliche Auswahl ist sehr mächtig, sagt Brown. Es ist schwierig für Organismen, vom Optimum abzuweichen. Das Modell geht davon aus, dass die Größe der Netze Terminal Einheiten unabhängig von der Körpergröße ist - dass eine Mäuse Kapillaren, sagen wir, die gleiche Größe wie die eines Elefanten sind. Netzwerke, die diese Kriterien erfüllen, haben eine fraktale Geometrie, argumentieren West, Brown und Enquist. Das bedeutet, dass ihre Verzweigungsstruktur mathematisch beschrieben werden kann, indem immer wieder eine einfache mathematische Formel angewendet wird. Das Verlassen von Euklid und das Umfassen von Fraktalen war der entscheidende Schritt, sagt Brown. Viel des Lebens ist fraktalartig gestaltet. Wir waren in der Lage, dies überzeugend und relevant zu machen, indem wir rigorose quantitative Modelle entwickelten. Diese Fraktalität scheint das dauerhafte Rätsel zu lösen, weshalb die skalierenden Exponenten dreidimensionaler Organismen ein Vielfaches der Zahl vier sind. Das Füllen eines dreidimensionalen Volumens mit einem Netzwerk, das die für die Erfassung und Freigabe von Ressourcen zur Verfügung stehende zweidimensionale Fläche maximiert, erzeugt eine vierdimensionale geometrische Einheit 3. Dies ist schwer zu visualisieren, aber Enquist verwendet die Analogie, wie ein Baum dreidimensional verwendet Um eine viel grßere Fläche von im wesentlichen zweidimensionalen Blättern in den Bodenraum zu werfen, der von seinem Baldachin bedeckt ist. Fraktale Geometrie tritt das Leben auf eine andere Dimension, schließt er. Im April 1997 enthüllten West, Brown und Enquist ihre Theorie, indem sie zeigten, dass sie das Kleibers 34-Skalierungsgesetz zur Verknüpfung von Körpermasse und metabolischer Rate 4 ableiten könnten. Die Forscher haben seitdem die Theorie verwendet, um eine Reihe von biologischen Phänomenen, wie Skalierung und Struktur in Gefäßpflanzen zu beschreiben. Sie haben auch ihr Denken von der Ebene der einzelnen Organismen zu ganzen Ökosystemen erweitert. Die Forscher haben beispielsweise anhand von Modellen, die die Beziehung zwischen Körpermasse und metabolischer Rate beschreiben, gezeigt, dass - wo Ressourcen wie Nährstoffe oder Wasser ein limitierender Faktor sind - die Bevölkerungsdichte der Bäume zur -34-Kraft jeder einzelnen Masse 6 skaliert Die Regel scheint für Wälder vom Amazonas bis zur Arktis 7 zu halten. Der gleiche theoretische Rahmen erklärt auch, warum, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der Pflanzen Durchmesser oder Höhe erhöht, ihre Wachstumsrate Skalen auf die 34 Macht ihrer Körpermasse 8. Nach dieser Ansicht, verschiedene Pflanzenleben Geschichten, die sehr unterschiedliche Wachstumsraten Und Timings der sexuellen Reife, einfach repräsentieren verschiedene Wege, nach dem gleichen Gesetz für eine optimale Energieverbrauch 9. Pacaso Gründer, Ökologe Sarah Otterstrom, erwägt unsere Kohlenstoff-Sequestrierung Projekte. Bill Enquist, ein Pflanzenökologe an der University of Arizona, nutzt Fraktale zum weiteren Verständnis von Wäldern und wie sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen, um das Klima der Erde zu regulieren. Enquist und sein Team von Wissenschaftlern arbeiten in Waldreservaten in der Provinz Guanacaste in Costa Rica, die den Bereich, wo wir arbeiten in Rivas, Nicaragua Grenzen. Ihre Erforschung von Bäumen und Wäldern ist faszinierend und hat viele Implikationen für unser Projekt "Rückkehr zu Wald", um den Klimawandel ein paar Meilen nördlich zu mildern. BRIAN ENQUIST: Wenn man sich den xforest ansieht, atmet er grundsätzlich. Und wenn wir die Gesamtmenge an Kohlendioxid verstehen, die in diese Bäume in diesem Wald kommt, können wir dann besser verstehen, wie dieser Wald letztlich die Gesamtmenge an Kohlendioxid in unserer Atmosphäre reguliert. . CHRISTINA LAMANNA (Santa Fe-Institut): Wenn wir also die Menge an Kohlendioxid kennen, die ein Blatt einnehmen kann, dann können wir hoffentlich mit Hilfe der fraktalen Verzweigungsregel wissen, wie viel Kohlendioxid der gesamte Baum einnimmt . BRIAN ENQUIST: Wollten diesen Wald zensieren. Wir messen den Durchmesser an der Basis der Bäume und reichen von den größten Bäumen bis zu den kleinsten Bäumen. Auf diese Weise können wir die Verteilung der Größen innerhalb des Waldes ermitteln. . NARRATOR: Obwohl der Wald zufällig und chaotisch erscheinen mag, glaubt das Team, dass es tatsächlich eine Struktur hat, die erstaunlicherweise fast identisch mit der fraktalen Struktur des Baumes ist, den sie soeben reduziert haben. JAMES BROWN: Die schöne Sache ist, dass die Verteilung der Größen der einzelnen Bäume im Wald genau der Verteilung der Größen der einzelnen Äste innerhalb eines einzigen Baums entspricht. . BRIAN ENQUIST: Indem wir die Fraktalmuster im Wald analysieren, können wir dann etwas tun, das wir bisher noch nicht erlebt haben: Dann haben wir eine mathematische Basis, um dann vorherzusagen, wie der ganze Wald Kohlendioxid einnimmt. Und letztlich, das ist wichtig für das Verständnis, was mit dem globalen Klimawandel passieren kann. . NARRATOR: Für Generationen glaubten Wissenschaftler, dass die Wildheit der Natur nicht durch Mathematik definiert werden konnte. Aber fraktale Geometrie führt zu einem ganz neuen Verständnis, das eine zugrundeliegende Ordnung offenbart, die durch einfache mathematische Regeln geregelt wird. GEOFFREY WEST: Was ich bei meinen Wanderungen durch Wälder dachte, weißt du, es sind nur ein paar Bäume unterschiedlicher Größe, große hier, kleine da, die wie ihre Art von irgendeinem willkürlichen chaotischen Durcheinander aussehen, haben eigentlich ein Außergewöhnliches Struktur. NARRATOR: Eine Struktur, die mithilfe der fraktalen Geometrie abgebildet und gemessen werden kann. BRIAN ENQUIST: Was ist absolut erstaunlich, dass Sie übersetzen können, was Sie in der natürlichen Welt in der Sprache der Mathematik sehen. Und ich kann nicht an etwas Schöneres denken. Lesen Sie die vollständige Transkript oder bestellen Sie die DVD auf der NOVA Website bei PBS. org.