İnsanlar sık sık rastgele yerlerde tanıdık şekiller fark eder. Belki bulutlara bakıp bir yelkenli, bir denizatı, hatta size bakan büyük teyzeniz Rosemary'i hayal etmişsinizdir. Bilim insanları, rastlantısallıkta anlamlı desenler bulma eğilimine "apofeni" adını veriyor. Ancak bazı durumlarda, bu desenler fazlasıyla gerçektir. Cold Spring Harbor Laboratuvarı'ndan Doçent Dr. Saket Navlakha, doğada görülen gizli yapıları inceliyor.
Organize desenlemenin en bilinen örneklerinden biri, merkezi noktalar etrafındaki alanı ayrı bölgelere bölen geometrik bir sistem olan Voronoi diyagramıdır. Basit bir örnek okul bölgeleri olabilir. Her bölge (alan), öğrencilerin her zaman kendilerine atanan okula (merkez nokta) en yakın olacak şekilde düzenlenir.
"Voronoi diyagramları yüzyıllardır şehir planlamasından ağ tasarımına kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır," diyor Navlakha.
Voronoi diyagramlarına benzeyen desenler doğada sıkça görülebilir; zürafalardaki benekler buna örnektir. Ancak bu doğal versiyonlar genellikle ders kitabı örneklerinde bulunan belirgin merkez noktalarını içermez. Navlakha ve eski yüksek lisans öğrencisi Cici Zheng yakın zamanda Pilea peperomioides'te, yani Çin para bitkisinde nadir bir istisna tespit etti.
Çin para bitkisi, Çin'in Yunnan ve Siçuan eyaletlerine özgü çok yıllık bir türdür. Aynı zamanda sıkça hediye edilen popüler bir ev bitkisidir. Dairesel yaprakları, yaprak boyunca su ve besin taşıyan döngüsel damar ağlarıyla çevrili, hidatod adı verilen gözenekler içerir.
Navlakha ve Zheng, gözenekleri ve damarları dikkatlice haritaladıktan sonra yaprak yapısının doğal olarak bir Voronoi deseni oluşturduğunu buldu.
Desenin nasıl geliştiğini daha iyi anlamak için araştırmacılar, bitki damar oluşumu üzerine yaptığı çalışmalarla uluslararası alanda tanınan bilim insanı Przemysław Prusinkiewicz ile iş birliği yaptı. Birlikte, yapraklardaki gözeneklerin etrafında döngüsel damarlar oluşturmaktan sorumlu "doğal algoritmayı" belirlediler.
"Tıpkı insanların hayatta kalmak için problemleri çözmek zorunda olması gibi, diğer organizmalar için de aynı şey geçerlidir," diyor şu anda Allen Enstitüsü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Zheng. "Ancak insanların aksine, bitkiler mesafeleri açıkça ölçemez! Bunun yerine, aynı Voronoi çözümüne ulaşmak için yerel biyolojik etkileşimlere güvenirler."
Keşif, canlı organizmaların bilinçli planlama veya ölçüm olmadan son derece organize sistemler oluşturabileceğini vurguluyor.
"Doğadaki bu algoritmaları, organizmaların nasıl davranacağının bir açıklaması ve dünyayı anlamlandırmanın bir yolu olarak düşünüyoruz," diyor Navlakha. "Bu örnek, klasik geometri, modern bitki biyolojisi ve bilgisayar biliminin güzel bir birleşimi."
Prusinkiewicz, bulguların nihayet yaprak damar oluşumunu içeren uzun süredir devam eden bir bilimsel gizemi çözebileceğini söylüyor.
"Bitki formunun ve desenlenmesinin ne kadar matematiksel olduğu dikkat çekici," diye ekliyor Prusinkiewicz. "On yıllardır, ağsı damarların nasıl oluştuğu sorusu açık kaldı ve nihayet Çin para bitkilerinin Voronoi desenlerinde makul bir cevabımız var."
Navlakha ve Zheng, bu desenlerin gelecekteki çalışmalarının bitkilerin karmaşık biyolojik zorlukları nasıl çözdüğü hakkında daha fazla bilgi vereceğini umuyor. Çalışmanın, bilim insanlarının evrimi, gelişimi ve yaşamın kendisini şekillendiren matematiksel ilkeleri daha iyi anlamalarına yardımcı olabileceğine inanıyorlar.