طبقت الطبيعة مخططات فورونوي على أوراق شجرة المال الصينية.

إذا نظرت إلى السحب لفترة طويلة، يمكنك رؤية مركب شراعي أو فقمة. أو وجه غاضب إذا لم تكن في مزاج جيد. يميل الناس إلى ملاحظة الأنماط التي لا يوجد فيها أي شيء فعليًا. هذه الميزة العقلية تسمى أبوفينيا. ساكيت نافلاخا، الأستاذ المساعد في مختبر كولد سبرينج هاربور، متخصص في العثور على مثل هذه الأنماط في الطبيعة. وفي أحد الأيام نظر إلى شجرة المال الصينية ورأى مخططات فورونوي على أوراقها.

مخططات فورونوي هي نماذج هندسية تستخدم لتقسيم الفضاء إلى أقسام. كل موقع له كائن مركزي خاص به. على سبيل المثال، إذا قمت بتقسيم مدينة إلى مناطق تعليمية، فإن مخطط فورونوي يضمن أن جميع الطلاب داخل المنطقة يعيشون بالقرب من مدرستهم (المركز) أكثر من أي مدرسة أخرى. يقول نافلاخا: “لقد تم استخدام مخططات فورونوي لعدة قرون في مجموعة متنوعة من المجالات، بدءًا من التخطيط الحضري وحتى تصميم الشبكات”.

الأنماط المشابهة لمخططات فورونوي ليست غير شائعة في الطبيعة، خذ على سبيل المثال الخطوط الموجودة على جلد الزرافة. ومع ذلك، فإن الكلمة الأساسية هنا هي “مشابه”. الفرق بين الرسم التخطيطي الكلاسيكي من الكتاب المدرسي وما نراه في الطبيعة هو أن النمط الطبيعي يفتقر عادة إلى تلك “المدارس” نفسها، أي المراكز المرئية. أ بيليا بيبيرويويدس، أو شجرة المال الصينية، تبين أنها استثناء.

P. peperomioides هو مواطن معمر في مقاطعتي يونان وسيتشوان في الصين. لها أوراق مستديرة ومسطحة ذات مسام ملحوظة – hydathodes. حول هذه المسام، تشكل الأوردة الشبكية حلقات تنقل الماء والمواد المغذية. قام نافلاخا وطالب الدراسات العليا سيسي تشنغ برسم خريطة لموقع المسام والأوردة – وكانا مقتنعين: مخططات فورونوي. وقد أبلغوا عن هذا الاكتشاف في المجلة اتصالات الطبيعة.

ولجأ الباحثون إلى العالم الشهير برزيميسلاف بروسينكيفيتش، الذي كان يدرس تكوين الأوردة على الأوراق منذ عقود. وقد تمكنوا معًا من فك رموز “الخوارزمية الطبيعية” التي تخلق الأوردة الملتفة حول المسام المركزية لأوراق شجرة المال الصينية.

“مثل البشر، يجب على الكائنات الحية الأخرى حل المشاكل من أجل البقاء. ولكن، على عكس البشر، لا تستطيع النباتات قياس المسافة مباشرة! وبدلا من ذلك، فإنها تعتمد على التفاعلات البيولوجية المحلية للوصول إلى نفس الحل الذي يقدمه مخطط فورونوي،” يوضح تشنغ، وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ألين.

“مثل هذه الخوارزميات الطبيعية يمكن أن تفسر سلوك الكائنات الحية، وعلى نطاق أوسع، بنية العالم. هذا المثال هو مزيج رائع من الهندسة الكلاسيكية، وبيولوجيا النبات الحديثة وعلوم الكمبيوتر،” يؤكد مديرها السابق.

ويضيف بروسينكيفيتش: “إنه لأمر مدهش كيف ستكون التفاصيل الرياضية التالية لشكل وبنية النباتات. لعقود من الزمن، ظلت مسألة كيفية تشكل الأوردة الشبكية مفتوحة، وأخيرا أصبح لدينا إجابة معقولة”.

ويأمل نافلاخا وتشنغ أن تساعد دراسة هذه الظاهرة في فهم كيفية حل النباتات للمشاكل المعقدة في الطبيعة. إن فهم هذا بدوره يمكن أن يوفر نهجًا جديدًا لفهم القوانين الرياضية الكامنة وراء التطور والتطور والحياة نفسها.