La gente suele ver formas familiares en lugares aleatorios. Quizás has mirado las nubes e imaginado un velero, un caballito de mar, o incluso a tu tía abuela Rosemary mirándote fijamente. Los científicos llaman a esta tendencia a encontrar patrones significativos en la aleatoriedad "apofenia". Pero en algunos casos, esos patrones son muy reales. El profesor asociado del Laboratorio Cold Spring Harbor, Saket Navlakha, estudia las estructuras ocultas que aparecen en toda la naturaleza.

Uno de los ejemplos más conocidos de patrones organizados es el diagrama de Voronoi, un sistema geométrico que divide el espacio en regiones separadas alrededor de puntos centrales. Un ejemplo simple serían los distritos escolares. Cada distrito (región) está organizado para que los estudiantes estén siempre más cerca de la escuela (punto central) que se les ha asignado.

"Los diagramas de Voronoi se han utilizado durante siglos en una variedad de aplicaciones que van desde la planificación urbana hasta el diseño de redes", dice Navlakha.

A menudo se pueden ver en la naturaleza patrones que se asemejan a los diagramas de Voronoi, incluyendo las marcas en las jirafas. Sin embargo, estas versiones naturales generalmente no contienen los puntos centrales obvios que se encuentran en los ejemplos de los libros de texto. Navlakha y la ex estudiante de posgrado Cici Zheng identificaron recientemente una rara excepción en Pilea peperomioides, más conocida como la planta del dinero china.

La planta del dinero china es una especie perenne originaria de las provincias chinas de Yunnan y Sichuan. También es una planta de interior popular que a menudo se regala. Sus hojas circulares contienen poros notables llamados hidatodos, que están rodeados por redes de venas en bucle que mueven agua y nutrientes a través de la hoja.

Después de mapear cuidadosamente los poros y las venas, Navlakha y Zheng descubrieron que la estructura de la hoja forma naturalmente un patrón de Voronoi.

Para comprender mejor cómo se desarrolla el patrón, los investigadores se asociaron con Przemysław Prusinkiewicz, un científico reconocido internacionalmente por su trabajo sobre la formación de venas en las plantas. Juntos, identificaron el "algoritmo natural" responsable de crear las venas en bucle alrededor de los poros en las hojas.

"Así como los humanos tienen que resolver problemas para sobrevivir, lo mismo ocurre con otros organismos", dice Zheng, ahora postdoctorado en el Instituto Allen. "Pero a diferencia de los humanos, ¡las plantas no pueden medir distancias explícitamente! En cambio, dependen de interacciones biológicas locales para lograr la misma solución de Voronoi".

El descubrimiento resalta cómo los organismos vivos pueden crear sistemas altamente organizados sin planificación consciente ni medición.

"Pensamos en estos algoritmos en la naturaleza como una explicación de cómo se comportarán los organismos y como una forma de intentar dar sentido al mundo", dice Navlakha. "Este ejemplo es una bonita fusión de geometría clásica, biología vegetal moderna y ciencias de la computación".

Prusinkiewicz dice que los hallazgos pueden finalmente responder a un misterio científico de larga data sobre la formación de venas en las hojas.

"Es notable cuán matemático resulta ser otro aspecto de la forma y el patrón de las plantas", añade Prusinkiewicz. "Durante décadas, la pregunta de cómo se forman las venas reticuladas ha permanecido abierta, y finalmente tenemos una respuesta plausible" en los patrones de Voronoi de las plantas del dinero chinas.

Navlakha y Zheng esperan que futuros estudios de estos patrones revelen más sobre cómo las plantas resuelven desafíos biológicos complicados. Creen que el trabajo podría eventualmente ayudar a los científicos a comprender mejor los principios matemáticos que moldean la evolución, el desarrollo y la vida misma.