Oamenii văd adesea forme familiare în locuri întâmplătoare. Poate te-ai uitat la nori și ți-ai imaginat o barcă cu pânze, un căluț de mare sau chiar mătușa ta Rosemary privindu-te fix. Oamenii de știință numesc această tendință de a găsi modele semnificative în aleatoriu „apofenie”. Dar în unele cazuri, acele modele sunt foarte reale. Saket Navlakha, profesor asociat la Cold Spring Harbor Laboratory, studiază structurile ascunse care apar în natură.

Unul dintre cele mai cunoscute exemple de modelare organizată este diagrama Voronoi, un sistem geometric care împarte spațiul în regiuni separate în jurul unor puncte centrale. Un exemplu simplu ar fi districtele școlare. Fiecare district (regiune) este aranjat astfel încât elevii să fie întotdeauna cel mai aproape de școala (punctul central) care le-a fost atribuită.

„Diagramele Voronoi au fost folosite de secole într-o varietate de aplicații, de la planificarea urbană la proiectarea rețelelor”, spune Navlakha.

Modele care seamănă cu diagramele Voronoi pot fi văzute adesea în natură, inclusiv pe marcajele girafelor. Cu toate acestea, aceste versiuni naturale nu conțin de obicei punctele centrale evidente găsite în exemplele din manuale. Navlakha și fostul student absolvent Cici Zheng au identificat recent o excepție rară la Pilea peperomioides, cunoscută mai bine ca planta chinezească a banilor.

Planta chinezească a banilor este o specie perenă originară din provinciile chineze Yunnan și Sichuan. Este, de asemenea, o plantă de apartament populară, adesea oferită cadou. Frunzele sale circulare conțin pori vizibili numiți hidatode, care sunt înconjurați de rețele de vene în buclă care mișcă apa și nutrienții prin frunză.

După cartografierea atentă a porilor și venelor, Navlakha și Zheng au descoperit că structura frunzei formează în mod natural un model Voronoi.

Pentru a înțelege mai bine cum se dezvoltă modelul, cercetătorii s-au asociat cu Przemysław Prusinkiewicz, un om de știință recunoscut internațional pentru munca sa privind formarea venelor plantelor. Împreună, au identificat „algoritmul natural” responsabil pentru crearea venelor în buclă în jurul porilor din frunze.

„La fel cum oamenii trebuie să rezolve probleme pentru a supraviețui, același lucru este valabil și pentru alte organisme”, spune Zheng, acum postdoc la Allen Institute. „Dar spre deosebire de oameni, plantele nu pot măsura distanțe în mod explicit! În schimb, se bazează pe interacțiuni biologice locale pentru a obține aceeași soluție Voronoi.”

Descoperirea evidențiază modul în care organismele vii pot crea sisteme înalt organizate fără planificare sau măsurare conștientă.

„Ne gândim la acești algoritmi din natură ca la o explicație pentru modul în care organismele se vor comporta și ca o modalitate de a încerca să dăm sens lumii”, spune Navlakha. „Acest exemplu este o fuziune frumoasă între geometria clasică, biologia modernă a plantelor și informatica.”

Prusinkiewicz spune că descoperirile ar putea răspunde în sfârșit unui mister științific de lungă durată privind formarea venelor frunzelor.

„Este remarcabil cât de matematică se dovedește a fi încă un aspect al formei și modelării plantelor”, adaugă Prusinkiewicz. „Timp de decenii, întrebarea cum se formează venele reticulare a rămas deschisă și, în sfârșit, avem un răspuns plauzibil” în modelele Voronoi ale plantelor chinezești ale banilor.

Navlakha și Zheng speră că studiile viitoare ale acestor modele vor dezvălui mai multe despre modul în care plantele rezolvă provocări biologice complicate. Ei cred că munca ar putea ajuta în cele din urmă oamenii de știință să înțeleagă mai bine principiile matematice care modelează evoluția, dezvoltarea și viața însăși.