Masz ją na parapecie? Jej liście ukrywają wzór miast 

W liściu odkryli matematyczną mapę

Często patrzymy na świat i dopisujemy mu znaczenia. W chmurach widzimy żaglówki, twarze albo zwierzęta. Zazwyczaj to tylko działanie wyobraźni, która porządkuje przypadkowe kształty. Ale nie zawsze. 

Naukowcy z Cold Spring Harbor Laboratory, University of Alberta i University of Calgary odkryli, że rozwój liści popularnej rośliny przypomina diagram Woronoja, stosowany między innymi w informatyce, grafice komputerowej i planowaniu przestrzeni. Innymi słowy, podobny sposób porządkowania punktów i obszarów można znaleźć zarówno w modelach używanych przez człowieka, jak i w strukturze żywego liścia.

Mowa o roślinie znanej jako chińska moneta (Pilea peperomioides), a w Polsce częściej nazywanej pieniążkiem. To niewielka, zielona roślina o okrągłych liściach, których wygląd dobrze tłumaczy jej nazwę.

Tak działa diagram Woronoja

Diagram Woronoja brzmi jak pojęcie z podręcznika matematyki, ale jego zasada jest prosta. Służy zarówno naturze, jak i człowiekowi. To sposób dzielenia przestrzeni wokół wybranych punktów. Każdy obszar należy do tego punktu, który znajduje się najbliżej. W praktyce podobne modele pomagają analizować sieci, planować zasięgi usług, projektować grafikę komputerową i rozumieć, jak budowane są miasta. 

Takie wzory można dostrzec także w umaszczeniu żyrafy albo układach komórek. Zwykle jednak są mniej czytelne, bo brakuje w nich wyraźnych punktów centralnych, na których opierają się klasyczne diagramy Woronoja. W przypadku „pieniążka” sytuacja jest inna, bo jego liście mają takie punkty bardzo dobrze widoczne. 

Są nimi hydatody, czyli drobne pory związane z wydzielaniem wody. Otaczają je pętle sieci naczyń przewodzących, które transportują wodę i składniki odżywcze. To właśnie te pory oraz żyłki liścia, nazywane w botanice też nerwami, stały się przedmiotem szczegółowych badań. 

Matematyka w naturze: liście potwierdziły ukryty wzór

Analiza obrazów mikroskopowych wykazała, że struktura liścia tworzy wzorzec Woronoja. Hydatody działają jak punkty centralne, a otaczające je żyłki wyznaczają granice poszczególnych obszarów. Liść można więc czytać niemal jak mapę, na której przestrzeń zostaje podzielona według matematycznej reguły. Co to oznacza?

Bynajmniej nie to, że roślina „projektuje” swój kształt tak jak człowiek projektuje miasto albo sieć komputerową. Zdaniem ekspertów nowe odkrycie pokazuje, że bardzo podobne zasady porządkowania przestrzeni mogą pojawiać się w różnych skalach: w biologii roślin, w informatyce i w planowaniu przestrzennym. 

Tylko jak dokładnie taki układ powstaje? Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół amerykańsko-kanadyjskich naukowców poprosił o pomoc prof. Przemysława Prusinkiewicza, profesora University of Calgary i specjalistę od komputerowego modelowania rozwoju roślin

Roślina robi to bez miary

Owocem tej współpracy jest opisanie naturalnego algorytmu, który odpowiada za tworzenie się pętli żyłek wokół porów w liściach. Badanie opublikowane w Nature Communications pokazuje, jak żywe organizmy mogą spontanicznie tworzyć uporządkowane struktury. 

Traktujemy te algorytmy w naturze jako wyjaśnienie tego, jak organizmy zachowują się, oraz sposób na zrozumienie świata. Ten przykład jest pięknym połączeniem klasycznej geometrii, współczesnej biologii roślin i informatyki.

– powiedział prof. Saket Navlakha, jeden z autorów badania, cytowany przez Cold Spring Harbour Laboratory.

Co naprawdę zmienia odkrycie

To nie jest tylko efektowna ciekawostka o roślinach. Naukowcy liczą, że podobne badania botaniczne pomogą lepiej zrozumieć, w jaki sposób rośliny rozwiązują skomplikowane problemy biologiczne. Stawką nie jest więc tylko jeden liść, lecz reguły rozwoju, organizacji i ewolucji żywych struktur.

Pieniążek pokazuje też, że matematyka w naturze nie jest jedynie efektowną metaforą. Czasem naprawdę da się ją zobaczyć.

Warto przeczytać: Walka ze smogiem. Genetycznie modyfikowana roślina zastąpi oczyszczacze

Na scenie zobaczysz:

Spotkasz w strefie książek:

***

Ostatni moment na bilety w cenie 49 zł.
Od 1 lipca cena rośnie!

Spotkajmy na Holistic Talk w Cavatina Hall!