ریختشناسی کارکردی
ریختشناسی کارکردی به این پرسش میپردازد که یک ساختار چه کاری انجام میدهد و چگونه عمل میکند، و شکل حیوانات را از طریق فیزیک تغذیه، حرکت و سایر وظایف در پرتو تکامل تفسیر میکند.
Definition
ریختشناسی کارکردی مطالعه رابطه بین ساختار یک ارگانیسم یا اجزای آن و عملکردهایی است که آن ساختارها انجام میدهند، که اغلب با اصول فیزیک و مهندسی تحلیل شده و در یک زمینه تکاملی تفسیر میشود.
Scope
این موضوع به تحلیل چگونگی انجام وظایف توسط ساختارهای آناتومیکی، پیوند دادن شکل به عملکرد و محیط فیزیکی میپردازد. این رشته بیومکانیک تغذیه، حرکت، پشتیبانی و سایر فعالیتها، این مفهوم که یک ساختار ممکن است چندین عملکرد را انجام دهد یا مصالحهای بین خواستههای متضاد باشد، و استفاده از آزمایشها، مدلسازی و مقایسه برای آزمودن چگونگی ارتباط طراحی با عملکرد و در نهایت با برازش را مورد بررسی قرار میدهد.
Core questions
- یک ساختار آناتومیکی معین چگونه عملکرد خود را انجام میدهد؟
- قوانین فیزیکی چگونه طراحی حیوانات را محدود و شکل میدهند؟
- خواستههای کارکردی متضاد چگونه در یک ساختار واحد حل و فصل میشوند؟
- ارتباط بین شکل و عملکرد چگونه با برازش و تکامل مرتبط است؟
Key theories
- پیوند شکل-عملکرد-کارایی
- ریختشناسی کارکردی، شکل آناتومیکی را از طریق فیزیک نحوه عملکرد ساختارها به کارایی متصل میکند و کارایی را به برازش مرتبط میسازد، و یک زنجیره استدلالی ارائه میدهد که توضیح میدهد چرا ساختارها اشکال خاص خود را به خود میگیرند.
- نگاشت چند به یک و مصالحه
- یک ساختار ممکن است چندین عملکرد را انجام دهد و نشاندهنده مصالحهای بین خواستههای متضاد باشد، و طرحهای مختلف میتوانند به یک عملکرد مشابه دست یابند، بنابراین شکل را نمیتوان همیشه از یک عملکرد واحد استنباط کرد.
Mechanisms
ریختشناسان کارکردی ساختارهای آناتومیکی را به عنوان ماشینهای بیولوژیکی تابع قوانین فیزیکی در نظر میگیرند. آنها با استفاده از مکانیک، دینامیک سیالات و علم مواد، نحوه انتقال نیروی گاز گرفتن توسط فک، نحوه تولید رانش توسط باله یا اندام، یا نحوه مقاومت یک عنصر اسکلتی در برابر خمش را اندازهگیری یا مدلسازی میکنند. عملکرد به صورت تجربی، از طریق تصویربرداری با سرعت بالا، اندازهگیری نیرو، و مدلهای فیزیکی یا محاسباتی ارزیابی میشود، و ساختارها در گونههای مختلف مقایسه میشوند تا تفاوتهای طراحی با تفاوتهای اکولوژیکی مرتبط شوند. از آنجا که یک ساختار اغلب باید چندین کار را انجام دهد و توسط وراثت و رشد محدود میشود، شکل آن معمولاً بازتابی از یک مصالحه است تا یک بهینه برای هر وظیفه واحد، و همان عملکرد میتواند با بیش از یک طراحی حاصل شود.
Clinical relevance
ریختشناسی کارکردی زیربنای بیومکانیک، بازسازی رفتار در حیوانات منقرض شده، و مهندسی و رباتیک الهامگرفته از زیستشناسی است که راهحلهایی را از طراحی حیوانات وام میگیرد؛ همچنین چارچوبی برای تفسیر آناتومی در فیزیولوژی مقایسهای فراهم میکند. این یک زمینه آموزشی است، نه توصیه بالینی.
History
کار دارسی تامپسون در اوایل قرن بیستم در مورد رشد و شکل، پیوندهای صریحی بین ساختار بیولوژیکی و اصول فیزیکی و ریاضی ایجاد کرد. زیستشناسان اواسط و اواخر قرن بیستم مانند کارل لیم و استیون ووگل، ریختشناسی کارکردی و بیومکانیک مقایسهای را به رشتههای تجربی دقیق توسعه دادند و از فیزیک برای توضیح چگونگی عملکرد و تکامل ساختارهای حیوانی استفاده کردند.
Key figures
- D'Arcy Wentworth Thompson
- Karel Liem
- Steven Vogel
Related topics
Seminal works
- liem2001
- vogel2013
Frequently asked questions
- ریختشناسی کارکردی چیست؟
- این مطالعهای است که چگونه شکل ساختارهای یک حیوان با کاری که آن ساختارها انجام میدهند، مرتبط است، با استفاده از اصول فیزیک و مهندسی برای درک اینکه آناتومی چگونه وظایفی مانند تغذیه و حرکت را انجام میدهد.
- آیا یک ساختار میتواند بیش از یک عملکرد داشته باشد؟
- بله. بسیاری از ساختارهای آناتومیکی چندین عملکرد را انجام میدهند و نشاندهنده مصالحهای بین خواستههای متضاد هستند، بنابراین شکل آنها بازتابی از نقشهای متعدد است تا بهینهسازی کامل برای هر وظیفه واحد.