Spesso la gente vede forme familiari in posti casuali. Magari hai guardato le nuvole e immaginato una barca a vela, un cavalluccio marino, o persino la tua prozia Rosemary che ti fissa. Gli scienziati chiamano questa tendenza a trovare schemi significativi nel caos "apofenia". Ma in alcuni casi, questi schemi sono molto reali. Il professore associato del Cold Spring Harbor Laboratory, Saket Navlakha, studia le strutture nascoste che appaiono in tutta la natura.

Uno degli esempi più noti di schematizzazione organizzata è il diagramma di Voronoi, un sistema geometrico che divide lo spazio in regioni separate attorno a punti centrali. Un esempio semplice sarebbero i distretti scolastici. Ogni distretto (regione) è organizzato in modo che gli studenti siano sempre più vicini alla scuola (punto centrale) assegnata loro.

"I diagrammi di Voronoi sono stati usati per secoli in una varietà di applicazioni, dalla pianificazione urbana alla progettazione di reti", dice Navlakha.

Schemi simili ai diagrammi di Voronoi si vedono spesso in natura, comprese le macchie sulle giraffe. Tuttavia, queste versioni naturali di solito non contengono gli ovvi punti centrali trovati negli esempi dei libri di testo. Navlakha e l'ex studentessa laureata Cici Zheng hanno recentemente identificato una rara eccezione nella Pilea peperomioides, meglio conosciuta come pianta dei soldi cinese.

La pianta dei soldi cinese è una specie perenne originaria delle province cinesi dello Yunnan e del Sichuan. È anche una pianta da appartamento popolare, spesso regalata. Le sue foglie circolari contengono pori evidenti chiamati idatodi, circondati da reti di vene che si avvolgono e trasportano acqua e nutrienti attraverso la foglia.

Dopo aver mappato attentamente i pori e le vene, Navlakha e Zheng hanno scoperto che la struttura fogliare forma naturalmente uno schema di Voronoi.

Per capire meglio come si sviluppa lo schema, i ricercatori hanno collaborato con Przemysław Prusinkiewicz, uno scienziato riconosciuto a livello internazionale per il suo lavoro sulla formazione delle vene delle piante. Insieme, hanno identificato l'"algoritmo naturale" responsabile della creazione delle vene che si avvolgono attorno ai pori nelle foglie.

"Proprio come gli umani devono risolvere problemi per sopravvivere, lo stesso vale per altri organismi", dice Zheng, ora postdoc all'Allen Institute. "Ma a differenza degli umani, le piante non possono misurare esplicitamente le distanze! Invece, si affidano a interazioni biologiche locali per ottenere la stessa soluzione di Voronoi."

La scoperta evidenzia come gli organismi viventi possano creare sistemi altamente organizzati senza pianificazione o misurazione consapevole.

"Pensiamo a questi algoritmi in natura come a una spiegazione di come gli organismi si comporteranno e come un modo per cercare di dare un senso al mondo", dice Navlakha. "Questo esempio è una bella fusione di geometria classica, biologia vegetale moderna e informatica."

Prusinkiewicz dice che i risultati potrebbero finalmente rispondere a un mistero scientifico di lunga data riguardante la formazione delle vene fogliari.

"È notevole quanto matematica si riveli essere un altro aspetto della forma e della modellazione delle piante", aggiunge Prusinkiewicz. "Per decenni, la questione di come si formano le vene reticolate è rimasta aperta, e finalmente abbiamo una risposta plausibile" negli schemi di Voronoi delle piante dei soldi cinesi.

Navlakha e Zheng sperano che studi futuri di questi schemi rivelino di più su come le piante risolvono complicate sfide biologiche. Credono che il lavoro potrebbe alla fine aiutare gli scienziati a comprendere meglio i principi matematici che modellano l'evoluzione, lo sviluppo e la vita stessa.