Krøllen fra en kameleons hale, spiralen i en pinecones skala og krusningene som er skapt av vind som beveger korn av sand, har krefter til å fange øyet og intriger sinnet. Da Charles Darwin først foreslo evolusjonsteorien ved naturlig seleksjon i 1859, oppmuntret den naturvitenskapens entusiaster til å finne grunner til de naturlige mønstrene som ble sett i dyrene i landet, fugler i luften og havets skapninger. Påfuglens fjærdrakt, flekkene til en hai må alle tjene et tilpasningsfullt formål, antok de ivrig.
Likevel så en person alt dette som "løpsk entusiasme", skriver den engelske forskeren og forfatteren Philip Ball i sin nye bok, Patterns in Nature: Why the Natural World Looks the Way it Does . Den skotske zoologen D'Arcy Wentworth Thompson ble presset til å publisere sin egen avhandling i 1917 hvor han forklarte at selv naturens kreativitet er begrenset av lover generert av fysiske og kjemiske krefter. Thompsons ideer kolliderte ikke med Darwins teori, men de påpekte at andre faktorer spilte. Mens naturlig utvalg kan forklare hvorfor stripene til en tiger - en strategi å blande seg med skygger i gressletter og skog - hvordan kjemikalier diffunderer gjennom utvikling av vev kan forklare hvordan pigment ender opp i bånd av mørkt og lys, samt hvorfor lignende mønstre kan dukke opp på en sjøanemone.
I Patterns in Nature bringer Ball sin egen bakgrunn som fysiker og kjemiker til å bære i tillegg til mer enn 20 års erfaring som redaktør for det vitenskapelige tidsskriftet Nature . Hans første bok, utgitt i 1999 ( The Self-Made Tapestry ), og en trilogi, utgitt i 2009 ( Nature's Patterns: Shapes, Flow, Branches ), utforsker temaet for naturlige mønstre, men har heller ikke visuelle så rike som hans siste.
Mønster i naturen: Hvorfor den naturlige verden ser slik den gjør
KjøpeBallens livlige fotografier er viktige, forklarer Ball, fordi noen av mønstrene bare kan bli satt pris på gjennom gjentagelse. "Det er når du ser flere av dem side om side i strålende detalj at du begynner å få en følelse av hvordan naturen tar et tema og kjører med det, " sier han.
Forklaringene Ball-tilbudene er enkle og grasiøse, som når han forklarer hvordan en gjennomvåt jordbit kan tørke inn i et sprukket landskap. "Det tørre laget ved overflaten prøver å krympe i forhold til det fortsatt fuktige laget under, og bakken blir snørt av spenning gjennom hele tiden, " skriver han.
Likevel tilbyr han også nok detaljer til både forskere og kunstnere. De fantastiske fotografiene ble kuratert av designerne på Marshall Editions, en utgiver fra Quarto Group i London, som lisensierte boken til University of Chicago Press.
Ball snakket med Smithsonian.com om sin bok og inspirasjoner.
Hva er egentlig et mønster?
Jeg la det litt tvetydig i boka, med vilje, fordi det føles som om vi kjenner den når vi ser den. Tradisjonelt tenker vi på mønstre som noe som bare gjentas igjen og igjen over hele rommet på en identisk måte, liksom et tapetmønster. Men mange mønstre som vi ser i naturen er ikke helt sånn. Vi føler at det er noe regelmessig eller i det minste ikke tilfeldig ved dem, men det betyr ikke at alle elementene er identiske. Jeg tror et veldig kjent eksempel på det ville være sebraens striper. Alle kan kjenne seg igjen i det som et mønster, men ingen stripe er som noen annen stripe.
Jeg tror vi kan lage en sak for å si at alt som ikke er rent tilfeldig, har et slags mønster i seg. Det må være noe i det systemet som har trukket det vekk fra den rene tilfeldigheten eller på det andre ytterpunktet, fra ren enhetlighet.
Hvorfor bestemte du deg for å skrive en bok om naturlige mønstre?
Først var det et resultat av å ha vært redaktør i Nature . Der begynte jeg å se mye arbeid komme gjennom tidsskriftet - og gjennom vitenskapelig litteratur bredere - om dette emnet. Det som slo meg var at det er et tema som ikke har noen form for naturlige disiplinære grenser. Mennesker som er interessert i denne typen spørsmål kan være biologer, kan være matematikere, de kan være fysikere eller kjemikere. Det appellerte til meg. Jeg har alltid likt fag som ikke respekterer de tradisjonelle grensene.
Men jeg tror også det var det visuelle. Mønstrene er bare så slående, vakre og bemerkelsesverdige.
Deretter understøtter dette aspektet spørsmålet: Hvordan setter naturen uten noen form for blåkopi eller design mønstre som dette? Når vi lager mønstre, skyldes det at vi planla det på den måten ved å sette elementene på plass. I naturen er det ingen planlegger, men på en eller annen måte konspirerer naturlige krefter for å få til noe som ser ganske vakkert ut.
Har du et favoritteksempel på et mønster som finnes i naturen?
Kanskje en av de mest kjente, men virkelig en av de mest bemerkelsesverdige, er mønsteret av snøfnugg. De har alle samme tema - denne seksfold, sekskantede symmetrien, og allikevel ser det ut til å være uendelig stor i disse snøflakene. Det er en så enkel prosess som går inn i deres dannelse. Det er vanndamp som fryser ut av fuktig luft. Det er ikke noe mer enn det, men på en eller annen måte skaper det dette utrolig intrikate, detaljerte, vakre mønsteret.
Et annet system vi finner dukker opp igjen og igjen forskjellige steder, både i den levende og den ikke-levende verden, er et mønster som vi kaller Turing strukturer. De er oppkalt etter Alan Turing, matematikeren som la grunnlaget for beregningsteorien. Han var veldig interessert i hvordan mønstre formes. Spesielt var han interessert i hvordan det skjer i et befruktet egg, som i utgangspunktet er en sfærisk celle som på en eller annen måte blir mønstret til noe så komplisert som et menneske som det vokser og deler seg.
Turing kom med en teori som i utgangspunktet var en forklaring på hvordan en hel haug kjemikalier som bare slags flyter rundt i rommet kan samhandle for å skape forskjeller fra en plass til en annen. På denne måten vil frøene til et mønster dukke opp. Han uttrykte den prosessen i veldig abstrakte matematiske termer.
Nå ser det ut til at noe slikt kan være ansvarlig for mønstrene som dannes på dyrehud og noen mønstre vi også ser hos insekter. Men det vises også i noen ganske forskjellige systemer, i sanddyner og sandrykker som dannes etter at vinden har blåst sand.
I boken din nevner du det faktum at vitenskap og matematikk ikke har forklart noen av disse mønstrene ennå. Kan du gi et eksempel?
Vi har bare virkelig forstått hvordan snøflak får disse forgrenede formasjonene siden 1980-tallet, selv om folk har studert og tenkt på det spørsmålet i flere hundre år. Enda til og med nå er det litt av et mysterium hvorfor hver arm av snøfnugg kan være ganske identisk. Det er nesten som om den ene armen kan kommunisere med de andre for å sikre at de vokser på en spesiell måte. Det er fortsatt overraskende.
Nye former for mønstre blir oppdaget nesten like raskt som vi kan finne forklaringer. Det er rare vegetasjonsmønstre i halvtørre regioner i verden der det er lapper av vegetasjon atskilt med lapper av barmark. De ser også ut til å ha en Turing-lignende mekanisme bak seg, men den forståelsen er veldig nylig også.
Hva håper du leserne vil finne i boka?
Da jeg begynte å undersøke dette emnet, begynte jeg å se mønstre overalt. Jeg husker da jeg var halvveis i å skrive min første bok i 1999 og jeg var på en strand i Wales, jeg plutselig innså at overalt var det mønstre. I skyene og himmelen var det forskjellige mønstre, det var bølgemønster og så videre i havet. I vannet som rant ned gjennom sanden, var det en annen type mønster. Selv klippene i seg selv var ikke rent tilfeldige.
Så, du begynner å se mønstre rundt deg. Jeg håper at folk vil finne at dette skjer med dem at de vil sette pris på hvor mye struktur som er rundt oss. Det er bare prakt og glede i det.
