Kameleontin hännän kiemurtelu, käpytikan suomujen kierre ja tuulen liikuttelemien hiekanjyvien luomat aaltoilut – kaikilla näillä on voima vangita katseet ja kiehtoa mieltä. Kun Charles Darwin esitti ensimmäisen kerran evoluutioteorian luonnollisen valinnan kautta vuonna 1859, se rohkaisi tieteen harrastajia etsimään syitä luonnollisille kuvioille, joita on nähty maaeläimissä, ilmalinnuissa ja merenelävissä. He arvelivat innokkaasti, että riikinkukon höyhenpeitteellä ja hain täplillä on oltava jokin sopeutumistarkoitus.
Mutta eräs henkilö näki tämän kaiken ”karanneena innostuksena”, kirjoittaa englantilainen tiedemies ja kirjailija Philip Ball uudessa kirjassaan Patterns in Nature (Luonnon kuvioita): Why the Natural World Looks the Way It Does. Skotlantilainen eläintieteilijä D’Arcy Wentworth Thompson ajautui julkaisemaan vuonna 1917 oman tutkielmansa, jossa hän selitti, että jopa luonnon luovuutta rajoittavat fysikaalisten ja kemiallisten voimien tuottamat lait. Thompsonin ajatukset eivät olleet ristiriidassa Darwinin teorian kanssa, mutta ne viittasivat siihen, että taustalla oli muitakin tekijöitä. Luonnonvalinta saattaa selittää tiikerin raidat – strategian, jolla se sulautuu varjoihin niityillä ja metsissä – mutta se, miten kemikaalit diffundoituvat kehittyvässä kudoksessa, voi selittää sen, miten pigmentti päätyy tummien ja vaaleiden kaistaleiden muodostamaksi ja miksi samankaltaiset kuviot voivat näkyä merianemonissa.
Patterns in Nature -teoksessa Ball hyödyntää omaa taustaansa fysiikkana ja kemistinä sekä yli 20 vuoden kokemustaan Nature-tiedelehden toimittajana. Hänen ensimmäinen, vuonna 1999 julkaistu kirjansa (The Self-Made Tapestry) ja vuonna 2009 julkaistu trilogia (Nature’s Patterns: Shapes, Flow, Branches) käsittelevät luonnon kuvioita, mutta kummassakaan ei ole yhtä runsasta visuaalista materiaalia kuin hänen uusimmassa kirjassaan.
Kirjan eloisat valokuvat ovat Ballin mukaan elintärkeitä, koska jotkin kuviot voi täysin hahmottaa vain toistamalla. ”Vasta kun näet useita kuvioita vierekkäin loistavissa yksityiskohdissa, alat saada käsityksen siitä, miten luonto ottaa aiheen ja kulkee sen mukana”, hän sanoo.
Ballin tarjoamat selitykset ovat yksinkertaisia ja siroja, kuten silloin, kun hän selittää, miten läpimärkä maapaikka voi kuivua halkeilevaksi maisemaksi. ”Pinnalla oleva kuiva kerros yrittää kutistua suhteessa alapuolella olevaan vielä kosteaan kerrokseen, ja maasta tulee kauttaaltaan jännitteinen”, hän kirjoittaa.
Mutta hän tarjoaa myös tarpeeksi yksityiskohtia kiehtomaan sekä tiedemiehiä että taiteilijoita. Upeat valokuvat on kuratoinut lontoolaisen Quarto Groupin kustantamon Marshall Editionsin suunnittelijat, joka lisensoi kirjan University of Chicago Pressille.
Ball puhui Smithsonian.com-sivustolle kirjastaan ja inspiraatioistaan.
Mitä kuvio tarkalleen ottaen on kuvio?
Jättänyt sen kirjassa tarkoituksella hieman epäselväksi, koska tuntuu siltä, kuin tietäisimme, kun näemme sen. Perinteisesti ajattelemme kuviot joksikin, joka vain toistuu yhä uudestaan ja uudestaan kaikkialla avaruudessa identtisellä tavalla, ikään kuin tapettikuviona. Monet luonnossa näkemämme kuviot eivät kuitenkaan ole aivan sellaisia. Aistimme, että niissä on jotain säännönmukaista tai että ne eivät ainakaan ole sattumanvaraisia, mutta se ei tarkoita, että kaikki elementit olisivat identtisiä. Mielestäni hyvin tuttu esimerkki tästä ovat seepran raidat. Jokainen voi tunnistaa sen kuvioksi, mutta yksikään raita ei ole samanlainen kuin muut raidat.
Mielestäni voimme sanoa, että kaikessa, mikä ei ole puhtaasti satunnaista, on jonkinlainen kuvio. Siinä systeemissä täytyy olla jotain, joka on vetänyt sen pois puhtaasta satunnaisuudesta tai toisessa ääripäässä puhtaasta yhdenmukaisuudesta.
Miksi päätit kirjoittaa kirjan luonnon kuvioista?
Aluksi se oli seurausta siitä, että olin ollut Nature-lehden päätoimittajana. Siellä aloin nähdä, että lehden – ja laajemminkin tieteellisen kirjallisuuden – kautta tuli paljon työtä tästä aiheesta. Minuun pisti silmään se, että tämä on aihe, jolla ei ole minkäänlaisia luonnollisia tieteenalarajoja. Tällaisista kysymyksistä kiinnostuneet ihmiset voivat olla biologeja, matemaatikkoja, fyysikkoja tai kemistejä. Se viehätti minua. Olen aina pitänyt aiheista, jotka eivät noudata perinteisiä rajoja.
Mutta luulen, että se johtui myös visuaalisuudesta. Kuviot ovat vain niin silmiinpistäviä, kauniita ja huomionarvoisia.
Tämän näkökulman taustalla on kysymys: Miten luonto ilman minkäänlaista suunnitelmaa tai suunnittelua kokoaa tällaisia kuvioita? Kun me muodostamme kuvioita, se johtuu siitä, että me suunnittelimme sen niin, laittaessamme elementit paikoilleen. Luonnossa ei ole suunnittelijaa, mutta jotenkin luonnonvoimat juonivat yhteen saadakseen aikaan jotakin, joka näyttää varsin kauniilta.
Onko sinulla suosikkiesimerkki luonnosta löytyvästä kuviosta?
Ensimmäinen ehkä tutuimmista, mutta oikeastaan yksi merkittävimmistä on lumihiutaleen kuvio. Niillä kaikilla on sama teema – tämä kuusinkertainen, kuusikulmainen symmetria, ja silti näissä lumihiutaleissa tuntuu olevan vain ääretöntä vaihtelua. Niiden muodostuminen on niin yksinkertainen prosessi. Se on vesihöyryn jäätymistä kosteasta ilmasta. Siinä ei ole mitään muuta, mutta jotenkin se luo tämän uskomattoman monimutkaisen, yksityiskohtaisen ja kauniin kuvion.
Toinen järjestelmä, jonka havaitsemme esiintyvän yhä uudelleen eri paikoissa sekä elävässä että elottomassa maailmassa, on kuvio, jota kutsumme Turingin rakenteiksi. Ne on nimetty Alan Turingin mukaan, matemaatikon, joka loi perustan laskentateorialle. Hän oli hyvin kiinnostunut siitä, miten kuviot muodostuvat. Erityisesti hän oli kiinnostunut siitä, miten se tapahtuu hedelmöittyneessä munasolussa, joka on pohjimmiltaan pallomainen solu, joka kasvaa ja jakautuu kasvaessaan ja jakautuessaan jollakin tavalla niinkin monimutkaiseksi kuin ihmiseksi.
Turing kehitti teorian, joka oli pohjimmiltaan selitys sille, miten koko joukko kemikaaleja, jotka ikään kuin leijailevat ympäriinsä avaruudessa, voivat olla vuorovaikutuksessa keskenään niin, että ne voivat synnyttää eroavaisuuksia avaruuden eri osissa. Näin syntyy kuvion siemeniä. Hän ilmaisi tämän prosessin hyvin abstraktein matemaattisin termein.
Nyt näyttää siltä, että jotakin tämänkaltaista voisi olla vastuussa kuvioista, joita muodostuu eläinten nahkoihin, ja joistakin kuvioista, joita näemme myös hyönteisissä. Mutta se esiintyy myös joissakin aivan erilaisissa järjestelmissä, hiekkadyyneissä ja hiekan aaltoilussa, jotka muodostuvat tuulen puhallettua hiekkaa.
Kirjassasi mainitset, että tiede ja matematiikka eivät ole vielä täysin selittäneet joitakin näistä kuvioista. Voitko antaa esimerkin?
Olemme vasta 1980-luvulta lähtien todella ymmärtäneet, miten lumihiutaleet saavat nämä haarautuneet muodostelmat, vaikka ihmiset ovat tutkineet ja pohtineet tätä kysymystä useita satoja vuosia. Silti vielä nytkin on hieman mysteeri, miksi lumihiutaleen jokainen haara voi olla melko samanlainen. On melkein kuin yksi varsi voisi kommunikoida muiden kanssa varmistaakseen, että ne kasvavat erityisellä tavalla. Se on edelleen yllättävää.
Uusia kuvioiden muotoja löydetään lähes yhtä nopeasti kuin löydämme selityksiä. Maailman puolikuivilla alueilla on outoja kasvillisuuskuvioita, joissa on kasvillisuuslaikkuja, joiden välissä on paljaan maan laikkuja. Niidenkin taustalla näyttää olevan Turingin kaltainen mekanismi, mutta sekin ymmärrys on hyvin tuore.
Mitä toivot lukijoiden löytävän kirjasta?
Kun aloin tutkia aihetta, aloin nähdä kuvioita kaikkialla. Muistan, kun olin puolivälissä ensimmäisen kirjani kirjoittamista vuonna 1999 ja olin rannalla Walesissa, tajusin yhtäkkiä, että kaikkialla oli kuvioita. Pilvissä ja taivaalla oli erilaisia kuvioita, meressä oli aaltokuvioita ja niin edelleen. Hiekan läpi virtaavassa vedessä oli erilaisia kuvioita. Jopa itse kalliot eivät olleet täysin sattumanvaraisia.
Alkaa siis nähdä kuvioita kaikkialla ympärillään. Toivon, että ihmiset huomaavat tämän tapahtuvan heille, että he osaavat arvostaa sitä, miten paljon meitä ympäröivä rakenne on kuvioitu. Siinä on vain loistoa ja iloa.