Tiede luonnon kuvioiden takana

Kameeleonin hännän käpristymä, männynkään vaa'an kierre ja tuulen liikuttavien hiekanjyvien aiheuttamat väreilyt ovat kaikki voivia kiinnittää silmään ja kiehtoa mieltä. Kun Charles Darwin ehdotti ensimmäisen kerran luonnollisen valinnan kautta tapahtuvaa evoluutioteoriaa vuonna 1859, se rohkaisi tieteenharrastajia etsimään syitä luonnon malleille, joita nähdään maan pedoilla, ilmalinjoilla ja meren luomilla. Riikinkukon höyhenen, hain täplien on kaikkien oltava palvella jotain mukautuvaa tarkoitusta, he arvasivat innokkaasti.

Kuitenkin yksi ihminen näki kaiken tämän "karkahtuneena innona", kirjoittaa englantilainen tiedemies ja kirjailija Philip Ball uudessa teoksessaan Patterns in Nature: Why the Natural World näyttää tapaan, jolla se toimii . Skotlantilainen eläintieteilijä D'Arcy Wentworth Thompson työnnettiin julkaisemaan oma tutkielmansa vuonna 1917 selittäen, että jopa luonnon luovuutta rajoittavat fysikaalisten ja kemiallisten voimien tuottamat lait. Thompsonin ideat eivät olleet ristiriidassa Darwinin teorian kanssa, mutta he huomauttivat, että muut tekijät olivat mukana. Vaikka luonnollinen valinta saattaa selittää tiikerin raitojen - strategia sekoittua varjoihin nurmikoilla ja metsissä - syyn kemikaalien leviämisen kautta kudosten kehittymiseen, se voi selittää kuinka pigmentti päätyy pimeän ja valon vyöhykkeisiin, sekä miksi samanlainen kuviot voivat rajautua meren anemone.

Kuviossa luonnossa Ball tuo fyysikkoksi ja kemikiksi oman taustansa sekä yli 20 vuoden kokemuksen Nature- lehden toimittajaksi. Hänen ensimmäisessä kirjassaan, joka on julkaistu vuonna 1999 ( itse valmistettu kuvakudos ), ja vuonna 2009 julkaistussa trilogiassa ( Nature's Patterns: Shapes, Flow, oksat ) tutkitaan luonnonkuvioiden aihetta, mutta kumpikaan ei ole niin rikas kuin hänen viimeisin visuaalinen aihe.

Luonnonkuviot: Miksi luonnonmaailma näyttää tapaa, jolla se toimii

Kirjan elävät valokuvat ovat elintärkeitä, Ball selittää, koska jotkut kuviot voidaan arvioida täysin vain toistamalla. "Kun näet useita heistä vierekkäin loistavilla yksityiskohdilla, alat saada käsityksen siitä, kuinka luonto ottaa teeman ja juoksee sen mukana", hän sanoo.

Selitykset, jotka Ball tarjoavat, ovat yksinkertaisia ​​ja siroisia, kuten kun hän selittää, kuinka liotettu maalaastari voi kuivua säröityyn maisemaan. "Pinnan kuiva kerros yrittää kutistua suhteessa alapuolella olevaan edelleen kosteaan kerrokseen, ja maa maahoittuu jännitteellä koko", hän kirjoittaa.

Silti hän tarjoaa myös tarpeeksi yksityiskohtia kiertääkseen tutkijoita ja taiteilijoita. Upeat valokuvat kuratoivat suunnittelijat Marshall Editions -yrityksessä, joka on Lontoossa Quarto Group -yrityksen kustantaja, joka lisensoi kirjan Chicago Press Universitylle.

Ball puhui Smithsonian.comille teoksestaan ​​ja inspiraatioistaan.

Mikä tarkalleen on kuvio?

Jätin sen kirjassa hieman epäselväksi tarkoituksella, koska tuntuu siltä, ​​että tunnemme sen kun näemme sen. Perinteisesti ajattelemme kuvioita jotain, joka toistuu uudestaan ​​ja uudestaan ​​koko avaruudessa samalla tavalla, ikään kuin taustakuvakuvio. Mutta monet kuviot, jotka näemme luonnossa, eivät ole aivan sellaisia. Ymmärrämme, että niissä on jotain säännöllistä tai ainakin ei sattumanvaraista, mutta se ei tarkoita, että kaikki elementit ovat identtisiä. Mielestäni hyvin tuttu esimerkki siitä olisi seepraraidat. Jokainen voi tunnistaa sen kuviona, mutta mikään raita ei ole kuin mikään muu raita.

Luulen, että voimme perustellusti sanoa, että kaikella, joka ei ole puhtaasti satunnaista, on eräänlainen malli siinä. Siinä järjestelmässä täytyy olla jotain, joka on vetänyt sen pois tuosta puhtaasta sattumanvaraisuudesta tai toisesta ääripäästä, puhtaasta yhdenmukaisuudesta.

Miksi päätit kirjoittaa kirjan luonnonkuvista?

Aluksi se johtui siitä, että olet toimittanut Naturessa . Siellä aloin nähdä, että lehden kautta - ja laajemmin tieteellisen kirjallisuuden kautta - tulee paljon työtä aiheesta. Minua yllättäen oli, että kyseessä on aihe, jolla ei ole minkäänlaisia ​​luonnollisia kurinpidollisia rajoja. Ihmiset, jotka ovat kiinnostuneita tällaisista kysymyksistä, voivat olla biologit, voivat olla matemaatikot, he voivat olla fyysikoita tai kemistejä. Se vetoaa minuun. Pidin aina aiheista, jotka eivät kunnioita niitä perinteisiä rajoja.

Mutta mielestäni se oli myös visuaalia. Kuviot ovat vain niin silmiinpistäviä, kauniita ja merkittäviä.

Sitten kyseisen näkökohdan taustalla on kysymys: Kuinka luonto ilman minkäänlaista suunnitelmaa tai muotoilua kokoaa tällaiset kuviot? Kun teemme kuvioita, se johtuu siitä, että suunnittelimme sen siten, asettamalla elementit paikoilleen. Luonnossa ei ole suunnittelijaa, mutta jotenkin luonnonvoimat pyrkivät saamaan aikaan jotain, joka näyttää melko kauniilta.

Onko sinulla suosikki esimerkkejä luonnossa löydetyistä kuvioista?

Ehkä yksi tuttuimmista, mutta todellakin merkittävimmistä on lumihiutalekuvio. Heillä kaikilla on sama teema - tämä kuusinkertainen, kuusikulmainen symmetria, ja silti näyttää siltä, ​​että näissä lumihiutaleissa on vain ääretön monimuotoisuus. Se on niin yksinkertainen prosessi, joka menee heidän muodostumiseensa. Se on vesihöyryä, joka jäätyy pois kosteasta ilmasta. Siinä ei ole muuta kuin se, mutta jotenkin se luo tämän uskomattoman monimutkaisen, yksityiskohtaisen ja kauniin kuvion.

Toinen järjestelmä, jota löydämme uudestaan ​​ja uudestaan ​​eri paikoissa, sekä elävässä että ei-elävässä maailmassa, on malli, jota kutsumme Turingin rakenteiksi. Ne on nimetty matemaatikon Alan Turingin mukaan, joka loi perustan laskentateorialle. Hän oli erittäin kiinnostunut siitä, kuinka kuviot muodostavat. Erityisesti hän oli kiinnostunut siitä, miten tämä tapahtuu hedelmöitetyssä munassa, joka on pohjimmiltaan pallomainen solu, joka muuttuu jotenkin niin monimutkaiseksi kuin ihminen sen kasvaessa ja jakautuessa.

Turing keksi teorian, joka oli pohjimmiltaan selitys sille, kuinka koko joukko kemikaaleja, jotka vain kelluvat avaruudessa, voivat olla vuorovaikutuksessa toisiinsa muodostaen eroja yhdestä bittiä tilauksesta toiseen. Tällä tavalla muodostuu kuvion siemeniä. Hän ilmaisi prosessin hyvin abstraktilla matemaattisella tavalla.

Nyt näyttää siltä, ​​että jotain tällaista saattaa olla vastuussa malleista, jotka muodostuvat eläinten nahoissa, ja joistakin malleista, joita näemme myös hyönteisissä. Mutta se esiintyy myös joissain aivan erilaisissa järjestelmissä, hiekkadyyneissä ja hiekan väreissä, jotka muodostuvat tuulen puhallettua hiekkaa.

Mainitset kirjassasi tosiasian, että tiede ja matematiikka eivät ole vielä täysin selittäneet joitain näistä malleista. Voitko antaa esimerkin?

Olemme vain todella ymmärtäneet, kuinka lumihiutaleet saavat nämä haarautuneet muodostelmat 1980-luvulta lähtien, vaikka ihmiset ovatkin tutkineet ja ajatelleet tätä kysymystä useita satoja vuosia. Vielä nytkin on hieman salaperäinen, miksi lumihiutaleen jokainen käsivarsi voi olla melko identtinen. On melkein ikään kuin yksi käsivarsi voi kommunikoida muiden kanssa varmistaakseen, että kasvaa erityisellä tavalla. Se on edelleen yllättävää.

Uusia malleja löydetään melkein yhtä nopeasti kuin voimme löytää selityksiä. Maailman puolikuivilla alueilla on omituisia kasvillisuusmalleja, joissa kasvillisuuspisteitä erottaa paljaat maa-alueet. Heilläkin näyttää olevan takanaan Turingin kaltainen mekanismi, mutta myös tämä ymmärrys on aivan viimeaikainen.

Mitä toivottavasti lukijat löytävät kirjasta?

Kun aloin tutkia tätä aihetta, aloin nähdä kuvioita kaikkialla. Muistan, kun olin puolivälissä kirjoittaessani ensimmäistä kirjaani vuonna 1999 ja ollessani Walesin rannalla, tajusin yhtäkkiä, että kaikkialla oli malleja. Pilvissä ja taivaassa oli erilaisia ​​kuvioita, meressä oli aaltokuvioita ja niin edelleen. Hiekan läpi juoksevassa vedessä oli erilainen malli. Jopa kalliot eivät itse olleet puhtaasti satunnaisia.

Joten, alat nähdä kuvioita ympärilläsi. Toivon, että ihmiset huomaavat tämän tapahtuvan heidän kanssaan ja ymmärtävät, kuinka paljon meitä ympäröivä rakenne on kuvioitu. Siinä on vain loistoa ja iloa.