Krøllet i en kamæleons hale, spiralen i en fyrrekædes skæl og de krusninger, der opstår, når vinden bevæger sandkorn, har alle en evne til at fange øjet og fascinere sindet. Da Charles Darwin i 1859 fremsatte teorien om evolution ved naturlig udvælgelse, opfordrede den videnskabsentusiaster til at finde årsagerne til de naturlige mønstre, der ses hos landdyr, luftfugle og havets skabninger. Påfuglens fjerdragt og hajens pletter må alle tjene et eller andet tilpasningsmæssigt formål, mente de ivrigt.
Men én person så alt dette som “løbsk begejstring”, skriver den engelske videnskabsmand og forfatter Philip Ball i sin nye bog, Patterns in Nature: Hvorfor naturens verden ser ud som den gør. Den skotske zoolog D’Arcy Wentworth Thompson blev presset til at udgive sin egen afhandling i 1917, hvori han forklarede, at selv naturens kreativitet er begrænset af love, der er skabt af fysiske og kemiske kræfter. Thompsons ideer var ikke i modstrid med Darwins teori, men de påpegede, at der var andre faktorer i spil. Mens naturlig udvælgelse kan forklare, hvorfor en tigers striber er en strategi for at passe ind i skyggerne i græs- og skovområder, kan den måde, hvorpå kemikalier diffunderer gennem væv under udvikling, forklare, hvordan pigment ender i bånd af mørkt og lyst, samt hvorfor lignende mønstre kan dukke op på en søanemone.
I Patterns in Nature bringer Ball sin egen baggrund som fysiker og kemiker i spil samt mere end 20 års erfaring som redaktør for det videnskabelige tidsskrift Nature. Hans første bog, der blev udgivet i 1999 (The Self-Made Tapestry), og en trilogi, der blev udgivet i 2009 (Nature’s Patterns: Shapes, Flow, Branches), udforsker emnet naturlige mønstre, men ingen af dem har et så rigt billedmateriale som hans seneste.
De levende fotografier i bogen er afgørende, forklarer Ball, fordi nogle af mønstrene kun kan værdsættes fuldt ud gennem gentagelse. “Det er, når man ser flere af dem side om side i herlige detaljer, at man begynder at få en fornemmelse af, hvordan naturen tager et tema og kører med det,” siger han.
De forklaringer, som Ball giver, er enkle og yndefulde, som når han forklarer, hvordan en gennemblødt plet jord kan tørre ind til et revnet landskab. “Det tørre lag ved overfladen forsøger at krympe i forhold til det stadig fugtige lag nedenunder, og jorden bliver gennemgående spændt,” skriver han.
Men han tilbyder også nok detaljer til at fascinere både videnskabsmænd og kunstnere. De fantastiske fotografier er kurateret af designerne hos Marshall Editions, et forlag hos Quarto Group i London, som har licenseret bogen til University of Chicago Press.
Ball har talt med Smithsonian.com om sin bog og inspirationer.
Hvad er et mønster egentlig?
Jeg har med vilje ladet det være lidt tvetydigt i bogen, fordi det føles som om, vi kender det, når vi ser det. Traditionelt tænker vi på mønstre som noget, der bare gentager sig igen og igen i hele rummet på en identisk måde, lidt ligesom et tapetmønster. Men mange af de mønstre, som vi ser i naturen, er ikke helt sådan. Vi fornemmer, at der er noget regelmæssigt eller i det mindste ikke tilfældigt over dem, men det betyder ikke, at alle elementer er identiske. Jeg tror, at et meget velkendt eksempel på det ville være zebraens striber. Alle kan genkende det som et mønster, men ingen striber er som alle andre striber.
Jeg tror, at vi kan argumentere for at sige, at alt, der ikke er rent tilfældigt, har en slags mønster i sig. Der må være noget i det system, der har trukket det væk fra den rene tilfældighed eller i den anden yderlighed fra den rene ensartethed.
Hvorfor besluttede du dig for at skrive en bog om naturlige mønstre?
I første omgang var det et resultat af at have været redaktør på Nature. Der begyndte jeg at se en masse arbejde komme gennem tidsskriftet – og gennem den videnskabelige litteratur i bredere forstand – om dette emne. Det slog mig, at det er et emne, som ikke har nogen form for naturlige disciplinære grænser. Folk, der er interesseret i denne type spørgsmål, kan være biologer, matematikere, fysikere eller kemikere. Det tiltrak mig. Jeg har altid kunnet lide emner, der ikke respekterer de traditionelle grænser.
Men jeg tror også, at det var det visuelle aspekt. Mønstrene er bare så slående, smukke og bemærkelsesværdige.
Så er spørgsmålet underbyggende for dette aspekt: Hvordan kan naturen uden nogen form for plan eller design sammensætte mønstre som dette? Når vi laver mønstre, er det fordi vi har planlagt det på den måde, idet vi sætter elementerne på plads. I naturen er der ingen planlægger, men på en eller anden måde samarbejder naturkræfterne om at skabe noget, der ser ganske smukt ud.
Har du et yndlingseksempel på et mønster i naturen?
Måske er et af de mest velkendte, men også et af de mest bemærkelsesværdige mønstre snefnugmønstre. De har alle det samme tema – denne seksdobbelte, sekskantede symmetri – og alligevel synes der bare at være uendelig variation inden for disse snefnug. Det er en så enkel proces, der ligger til grund for deres dannelse. Det er vanddamp, der fryser ud af fugtig luft. Der er ikke mere i det end det, men på en eller anden måde skaber det dette utroligt indviklede, detaljerede og smukke mønster.
Et andet system, som vi ser dukke op igen og igen forskellige steder, både i den levende og den ikke-levende verden, er et mønster, som vi kalder Turing-strukturer. De er opkaldt efter Alan Turing, den matematiker, der lagde grunden til teorien om beregning. Han var meget interesseret i, hvordan mønstre dannes. Især var han interesseret i, hvordan det sker i et befrugtet æg, som dybest set er en kugleformet celle, der på en eller anden måde bliver mønstret til noget så kompliceret som et menneske, efterhånden som det vokser og deler sig.
Turing kom med en teori, der dybest set var en forklaring på, hvordan en hel masse kemikalier, der bare flyder rundt i rummet, kan interagere for at skabe forskelle fra den ene del af rummet til den næste. På denne måde vil kimen til et mønster opstå. Han udtrykte denne proces i meget abstrakte matematiske termer.
Nu ser det ud til, at noget lignende kan være ansvarlig for de mønstre, der dannes på dyrehuder, og nogle mønstre, som vi også ser hos insekter. Men det optræder også i nogle helt andre systemer, i sandklitter og sandbølger, der dannes, efter at vinden har blæst sand.
I din bog nævner du, at videnskaben og matematikken endnu ikke helt har forklaret nogle af disse mønstre. Kan du give et eksempel?
Vi har først rigtig forstået, hvordan snefnug får disse forgrenede formationer siden 1980’erne, selv om folk har studeret og tænkt over dette spørgsmål i flere hundrede år. Alligevel er det selv nu lidt af et mysterium, hvorfor hver eneste arm af snefnuget kan være stort set identisk. Det er næsten som om, at den ene arm kan kommunikere med de andre for at sørge for, at de vokser på en særlig måde. Det er stadig overraskende.
Nye former for mønstre bliver opdaget næsten lige så hurtigt, som vi kan finde forklaringer. Der findes mærkelige vegetationsmønstre i halvtørre områder i verden, hvor der er pletter med vegetation adskilt af pletter med bar jord. De ser også ud til at have en Turing-lignende mekanisme bag sig, men den forståelse er også meget ny.
Hvad håber du, at læserne vil finde i bogen?
Da jeg begyndte at undersøge dette emne, begyndte jeg at se mønstre overalt. Jeg husker, at da jeg var halvvejs i 1999 med at skrive min første bog, og jeg var på en strand i Wales, gik det pludselig op for mig, at der var mønstre overalt. I skyerne og på himlen var der forskellige mønstre, der var bølgemønstre og så videre i havet. I vandet, der løb ned gennem sandet, var der en anden slags mønstre. Selv selve klipperne var ikke rent tilfældige.
Så begynder man at se mønstre overalt omkring sig. Jeg håber, at folk vil opleve, at dette sker for dem, at de vil sætte pris på, hvor meget struktur omkring os der er mønstret. Der er bare pragt og glæde i det.