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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2025-03-05
摘要
環行在植物中廣泛存在，通常與探索性運動相關。然而，對其作用的定量理解仍然難以捉摸。在這項研究中，我們首次報告了嘈雜的迴旋在促進擁擠的相互遮蔭植物中最佳生長模式中的作用。我們重新審視向日葵觀察到的由遮蔭反應相互作用介導的自組織問題。我們的分析表明，迴轉運動符合有界隨機遊走，其特徵是速度分佈非常廣泛，涵蓋 3 個數量級。在運動動物系統中，如此廣泛的運動速度分佈經常被認為與行為過程的增強有關，這表明迴旋運動可能是功能性噪音的來源。為了檢驗我們的假設，我們開發了一個朗之萬型相互作用生長盤的簡約模型，透過實驗成功捕捉了單一和多個相互作用植物的特徵動態。利用我們的模擬框架，我們檢查了系統中迴旋的作用，並發現觀察到的速度分佈寬度代表了力噪聲比的急劇轉變，通過促進潛在配置的探索而產生有利的效果，從而實現具有最小陰影的優化佈置。這些發現代表了植物運動中功能噪音的第一份報告，並為研究植物如何透過採用任務導向的過程、最佳化和主動感測等計算過程來駕馭其環境奠定了理論基礎。由於植物透過生長而移動，空間和時間是耦合的，自組織的動態導致了 3D 模式的出現。因此，該系統為其他相互作用的生長驅動系統（例如真菌菌絲、神經元和自我生長機器人）以及活性物質系統（其中代理與其對應物過去的軌跡相互作用）（例如社會性昆蟲的恥辱）提供了概念見解。這項基本見解對統計物理學、生態動力學、農業甚至群體機器人都有影響。