Американские ученые из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор обнаружили идеальный геометрический узор диаграммы Вороного там, где его никто не ожидал, — в листьях вечнозеленого растения пилея (Pilea peperomioides), также известного как китайское денежное растение.
Диаграммы Вороного — это геометрические паттерны, которые делят пространство на области вокруг заданных центральных точек. Они названы в честь русского математика Георгия Вороного, описавшего подобную систему в 1908 году.
При делении города на школьные округа диаграмма Вороного гарантирует, что все ученики, живущие внутри округа, находятся ближе к своей школе (центральной точке), чем к любой другой. Такие узоры веками используются в градостроительстве и проектировании сетей. Похожие на Вороного паттерны часто встречаются в природе, например, полосы жирафа. Но ключевое здесь слово «похожие»: разница между классическими паттернами Вороного и тем, что встречается природе, заключается в том, что в последних обычно не хватает видимых центральных точек.
Исследователи рассмотрели листья пилеи с заметными порами, называемыми гидатодами. Вокруг этих пор вьются петлеобразные ретикулярные жилки, которые транспортируют воду и питательные вещества. Картографируя расположение пор и жилок, ученые обнаружили, что поры служат центральными точками для идеальной диаграммы Вороного, а жилки образуют границы между областями. Узор оказался не просто похожим, а математически точным.
Затем команда привлекла биолога Пшемыслава Прусинькевича, который изучает жилкование растений десятилетиями. Вместе они реконструировали «естественный алгоритм», который растение использует для формирования петель вокруг центральных пор.
Подобно тому, как люди должны решать проблемы, чтобы выжить, то же самое относится и к другим организмам. Но в отличие от людей, растения не могут явно измерять расстояния! Вместо этого они полагаются на локальные биологические взаимодействия, чтобы достичь того же вороновского решения
Ученые надеются, что изучение этого феномена поможет понять, как растения решают сложные задачи в природе. Осознание этого может дать новую основу для осмысления математики, лежащей в основе эволюции, развития и самой жизни. Открытие опубликовано в журнале Nature Communications.
Ранее Наука Mail рассказывала об открытии механизма появления клеточных стенок растений.
