عاجل | تستخدم هذه النبتة المنزلية الشائعة هندسة متقدمة سرًا

اكتشف العلماء أن نبات المال الصيني يخفي نظاما هندسيا رائعا داخل أوراقه، كاشفين أن الطبيعة قد تحل مشاكل معقدة باستخدام قواعد رياضية مماثلة لتلك الموجودة في علوم الكمبيوتر وتخطيط المدن.

غالبًا ما يرى الناس أشكالًا وأنماطًا ذات معنى في أشياء عشوائية. ربما تكون قد نظرت إلى السحب ولاحظت مركبًا شراعيًا، أو فرس البحر، أو حتى عمتك روزماري. يطلق العلماء على هذا الاتجاه اسم "الاستسقاط"، وهو عادة الإنسان المتمثلة في العثور على أنماط غير موجودة بالفعل. لكن في بعض الحالات، تتبع الطبيعة حقًا قواعد رياضية مخفية. يدرس الأستاذ المشارك في مختبر كولد سبرينج هاربور، ساكيت نافلاخا، هذه الأنواع من الأنماط واكتشف مؤخرًا واحدًا داخل نبات منزلي مألوف.

الهندسة الخفية في مصانع المال الصينية

يُطلق على النمط الموجود في مركز الاكتشاف اسم مخطط فورونوي. يقسم هذا النوع من الهندسة الفضاء إلى مناطق مبنية حول نقاط مركزية. أحد الأمثلة اليومية سيكون المناطق التعليمية. يتم تنظيم كل منطقة (منطقة) بحيث يكون الطلاب دائمًا الأقرب إلى المدرسة المخصصة لهم (النقطة المركزية).

يقول نافلاخا: "لقد تم استخدام مخططات فورونوي لعدة قرون في مجموعة متنوعة من التطبيقات بدءًا من تخطيط المدن وحتى تصميم الشبكات".

وقد لاحظ العلماء سابقًا ترتيبات شبيهة بالفورونوي في الطبيعة، بما في ذلك العلامات التي تظهر على الزرافات. ومع ذلك، فإن الأمثلة الطبيعية عادةً ما تشبه النمط الهندسي فقط لأنها غالبًا ما تفتقر إلى نقاط مركزية محددة بوضوح. اكتشف نافلاخا وطالب الدراسات العليا السابق سيسي تشنغ استثناءً نادرًا في بيليا بيبيرويويدس، والمعروف باسم مصنع المال الصيني.

العلماء يرسمون خريطة لأوردة الأوراق والمسام

نباتات المال الصينية هي نباتات معمرة موطنها الأصلي مقاطعتي يوننان وسيتشوان في الصين. كما يتم زراعتها على نطاق واسع كنباتات منزلية للزينة وعادة ما يتم تقديمها كهدايا. تحتوي أوراقها الدائرية على مسام مرئية تسمى الهيداثودات. وتحيط بهذه المسام عروق شبكية دائرية تنقل الماء والمواد المغذية في جميع أنحاء الورقة.

ومن خلال الدراسة الدقيقة لترتيب المسام والأوردة، حدد نافلاخا وزينج نمط فورونوي الذي يحدث بشكل طبيعي داخل الأوراق.

تعاون الباحثون بعد ذلك مع برزيميسلاف بروسينكيفيتش، وهو عالم معروف عالميًا قضى عقودًا في دراسة كيفية تكوّن عروق النباتات. وقد تمكنوا معًا من تحديد "الخوارزمية الطبيعية" المسؤولة عن إنتاج هياكل الأوردة الحلقية المحيطة بالمسام في أوراق نبات المال الصيني.

يقول تشنغ، وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ألين: "تمامًا مثلما يتعين على البشر حل المشكلات من أجل البقاء، فإن الأمر نفسه ينطبق على الكائنات الحية الأخرى". "ولكن على عكس البشر، لا تستطيع النباتات قياس المسافات بشكل واضح! وبدلاً من ذلك، تعتمد على التفاعلات البيولوجية المحلية لتحقيق نفس حل فورونوي."

خوارزميات الطبيعة الرياضية

تسلط النتائج الضوء على كيفية قيام الكائنات الحية بإنشاء أنظمة عالية التنظيم باستخدام تفاعلات محلية بسيطة بدلاً من الحسابات الواعية.

يقول نافلاخا: "نحن نفكر في هذه الخوارزميات الموجودة في الطبيعة كتفسير لكيفية تصرف الكائنات الحية وكوسيلة لمحاولة فهم العالم". "يعد هذا المثال دمجًا رائعًا للهندسة الكلاسيكية وبيولوجيا النبات الحديثة وعلوم الكمبيوتر."

يقول بروسينكيفيتش إن البحث قد يجيب أخيرًا على سؤال علمي ظل دون حل لعقود من الزمن.

ويضيف بروسينكيويتز: "من اللافت للنظر أن الجانب الرياضي الآخر من شكل النبات ونمطه قد تبين". "لعقود من الزمن، ظلت مسألة كيفية تشكل الأوردة الشبكية مفتوحة، وأخيرا أصبح لدينا إجابة معقولة" في أنماط فورونوي لمصانع النقد الصينية.

ويأمل نافلاخا وزينج أن توفر الأبحاث المستقبلية في هذه الأنظمة الهندسية الطبيعية نظرة أعمق حول كيفية تعامل النباتات مع التحديات المعقدة في الطبيعة. وهم يعتقدون أن هذا العمل يمكن أن يساعد العلماء في النهاية على فهم المبادئ الرياضية المرتبطة بالتطور والتطور البيولوجي والحياة نفسها بشكل أفضل.

المرجع: "شبكي تعرق الأوراق في بيليا بيبيرويويدس "هو مخطط فورونوي" بقلم CiCi Xingyu Zheng، وShirsa Palit، وMatthew Venezia، وElijah Blum، وUllas V. Pedmale، وDave Jackson، وEnrico Scarpella، وPrzemyslaw Prusinkiewicz، وSaket Navlakha، 12 مايو، اتصالات الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41467-026-71768-3

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.