Человек склонен искать знакомые образы в случайных формах, например, в очертаниях облаков. Ученые называют стремление видеть закономерности в хаосе апофенией. Однако в живой природе многие узоры имеют строгое математическое обоснование. Группа исследователей из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор под руководством доцента Сакета Навлакхи обнаружила геометрическую структуру в листьях пилеи пеперомиевидной, также известной как «китайское денежное дерево».
Биологи выяснили, что сеть прожилок этого растения соответствует диаграмме Вороного. В геометрии такая система делит пространство на отдельные области вокруг центральных точек таким образом, чтобы любая точка внутри области находилась ближе к своему центру, чем к любому другому. В повседневной практике по этому принципу часто проектируют городскую инфраструктуру или распределяют границы школьных округов.
Хотя подобные узоры встречаются в природе часто – например, на коже жирафов, – в них редко удается обнаружить четкие центральные точки. Пилея, родиной которой являются китайские провинции Юньнань и Сычуань, стала редким исключением. Ее круглые листья покрыты гидатодами – особыми порами, вокруг которых формируются петлеобразные сети прожилок, обеспечивающие транспорт воды и питательных веществ.
Совместно с Пшемыславом Прусинкевичем, специалистом по формированию растительных тканей, авторы работы выделили «природный алгоритм» создания таких структур. Растения не способны измерять расстояния или планировать архитектуру листа, поэтому они полагаются на локальные биологические взаимодействия. Этот механизм позволяет им достигать того же геометрического решения, которое инженеры рассчитывают с помощью математических моделей.
По мнению ученых, открытие помогает решить давнюю научную загадку о принципах формирования разветвленных сетей в тканях растений. Работа объединяет классическую геометрию, биологию и информатику, предлагая новый взгляд на то, как организмы решают сложные задачи выживания. Исследователи полагают, что изучение таких структур позволит глубже понять механизмы эволюции и развития жизни.
