Это потрясающий пример такой закономерности в природе
Ученые из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (США) обнаружили скрытую математическую логику в листьях китайского денежного дерева (Pilea peperomioides): геометрический узор, известный как диаграмма Вороного, обычно используемый при городском планировании, в информатике и при проектировании сетей.
Составляя карту крошечных пор и извилистых жилок в листьях растения, исследователи, статья которых опубликована в журнале Nature Communications, обнаружили, что растение естественным образом организует само себя, используя ту же самую элегантную пространственную логику, которую люди используют для решения сложных задач на определение расстояний.
Что такое диаграмма Вороного
Диаграмма Вороного — это один из наиболее известных примеров организованных закономерностей. Эта геометрическая система делит пространство на области вокруг центральных точек так, что внутри каждой области любая точка ближе к «своей» центральной точке, чем ко всем остальным.
Диаграммы Вороного нужны в картографии, например, для понимания того, к какой вышке сотовой связи абонент находится ближе всего в данный момент. Или какая школа ближе всего к дому каждого ребенка в отдельно взятом городе, районе или округе. Или сколько идти жителю района до ближайшей specialty кофейни.
Вот как могла бы выглядеть такая диаграмма Вороного, совмещенная с онлайн-картой.
Закономерности, напоминающие диаграммы Вороного, часто можно увидеть в природе, в том числе на пятнах жирафов. Однако эти природные варианты обычно не содержат очевидных центральных точек, встречающихся в примерах из учебников.
Редкое исключение составляют листья Pilea peperomioides — многолетнего вечнозеленого растения, произрастающего в китайских провинциях Юньнань и Сычуань, а также популярного комнатного растения.
Круглые листья денежного дерева содержат заметные поры, называемые гидатодами, которые окружены петлеобразными сетями жилок, перемещающими воду и питательные вещества по листу. Тщательно изучив структуру пор и жилок, ученые обнаружили, что структура листа Pilea peperomioides естественным образом образует узор Вороного.
Это открытие показывает, как живые организмы могут создавать высокоорганизованные системы без сознательного планирования или измерения.
«Людям приходится решать проблемы для выживания, то же самое относится и к другим организмам», — пояснила один из авторов исследования Сиси Чжэн.
«Но, в отличие от людей, растения не могут явно измерять расстояния. Вместо этого они полагаются на локальные биологические взаимодействия для достижения того же решения Вороного».
Сиси Чжэн
выпускница докторской программы Школы биологических наук Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (2025)
Ученые также отметили, что сделанное открытие помогло раскрыть естественный алгоритм, ответственный за формирование сетчатых петлеобразных жилок вокруг пор в листьях. Исследователи рассчитывают, что дальнейшее изучение узоров Вороного на листьях денежного дерева и листьях других растений позволит больше узнать о том, как растения решают сложные задачи.
Ранее мы объясняли, как математик Ганжинов превзошел ИИ в решении проблемы контактных чисел для 14-мерного измерения.
Об авторе
