A kaméleon farkának görbülete, a fenyőtoboz pikkelyeinek spirálja és a szél által mozgatott homokszemek által keltett hullámok mind képesek megragadni a szemet és lenyűgözni az elmét. Amikor Charles Darwin 1859-ben először terjesztette elő a természetes kiválasztódás útján történő evolúció elméletét, a tudomány szerelmeseit arra ösztönözte, hogy keressék az okokat a szárazföldi állatokban, a légi madarakban és a tengeri élőlényekben megfigyelhető természetes mintákra. A páva tollazatának, a cápák pöttyeinek valamilyen alkalmazkodási célt kell szolgálniuk, feltételezték lelkesen.
Egyvalaki azonban mindezt “elszabadult lelkesedésnek” tekintette, írja Philip Ball angol tudós és író új könyvében, a Patterns in Nature (Minták a természetben) címűben: Why the Natural World Looks the Way It Does. D’Arcy Wentworth Thompson skót zoológust arra ösztökélte, hogy 1917-ben kiadja saját értekezését, amelyben elmagyarázza, hogy még a természet kreativitását is fizikai és kémiai erők által létrehozott törvények korlátozzák. Thompson elképzelései nem ütköztek Darwin elméletével, de rámutattak arra, hogy más tényezők is szerepet játszanak. Míg a természetes szelekció megmagyarázhatja a tigris csíkozásának okát – ez a stratégia a füves területeken és az erdőkben az árnyékok közé való beolvadást szolgálja -, addig a fejlődő szövetekben a vegyi anyagok diffúziójának módja megmagyarázhatja, hogy a pigmentek miért alakulnak ki sötét és világos sávokban, valamint azt, hogy miért jelenhetnek meg hasonló minták egy tengeri anemónán.
A Patterns in Nature című könyvben Ball saját fizikus és vegyész múltját, valamint a Nature tudományos folyóirat szerkesztőjeként szerzett több mint 20 éves tapasztalatát is felhasználja. Az 1999-ben megjelent első könyve (The Self-Made Tapestry) és egy 2009-ben megjelent trilógia (Nature’s Patterns: Shapes, Flow, Branches) is a természeti minták témáját járja körül, de egyik sem olyan gazdag képanyaggal rendelkezik, mint a legújabb könyve.
A könyvben található élénk fényképek azért létfontosságúak, magyarázza Ball, mert a minták némelyikét csak ismétléssel lehet teljes mértékben értékelni. “Akkor kezdjük érezni, hogy a természet hogyan ragad meg egy témát, és hogyan fut vele” – mondja.
A magyarázatok, amelyeket Ball kínál, egyszerűek és kecsesek, például amikor elmagyarázza, hogyan száradhat egy átázott talajfolt repedezett tájképpé. “A száraz réteg a felszínen megpróbál összezsugorodni az alatta lévő, még nedves réteghez képest, és a talaj végig feszültséggel átszőtté válik” – írja.
Mégis elég részletet kínál ahhoz, hogy tudósokat és művészeket egyaránt érdekeljen. A lenyűgöző fotókat a londoni Quarto Group kiadóhoz tartozó Marshall Editions tervezői gondozták, amely a könyvet a University of Chicago Pressnek adta ki licencben.
Ball a Smithsonian.com-nak beszélt a könyvéről és az inspirációkról.
Mi is pontosan a minta?
A könyvben szándékosan kissé kétértelműen hagytam, mert úgy érezzük, hogy felismerjük, amikor meglátjuk. Hagyományosan úgy gondolunk a mintákra, mint valami olyasmire, ami csak úgy ismétlődik újra és újra a térben, azonos módon, olyasmi, mint egy tapéta mintája. De sok minta, amit a természetben látunk, nem egészen ilyen. Érezzük, hogy van bennük valami szabályos, vagy legalábbis nem véletlenszerű, de ez nem jelenti azt, hogy minden elemük azonos. Azt hiszem, egy nagyon ismerős példa erre a zebra csíkjai. Mindenki felismeri, hogy ez egy minta, de egyetlen csík sem olyan, mint bármelyik másik csík.
Azt hiszem, megalapozottan állíthatjuk, hogy mindenben, ami nem tisztán véletlenszerű, van egyfajta minta. Kell lennie valaminek abban a rendszerben, ami eltávolította azt a tiszta véletlenszerűségtől, vagy a másik végletben a tiszta egyformaságtól.
Miért döntött úgy, hogy könyvet ír a természetes mintákról?
Először annak az eredménye volt, hogy szerkesztő voltam a Nature-nél. Ott kezdtem látni, hogy a folyóiratban – és tágabb értelemben a tudományos irodalomban – rengeteg munka jelent meg erről a témáról. Meglepett, hogy ez egy olyan téma, amelynek nincsenek természetes diszciplináris határai. Az ilyen típusú kérdések iránt érdeklődők lehetnek biológusok, matematikusok, fizikusok vagy kémikusok. Ez vonzott engem. Mindig is szerettem az olyan témákat, amelyek nem tartják tiszteletben ezeket a hagyományos határokat.
De azt hiszem, ez a vizualitás miatt is volt. A minták egyszerűen annyira feltűnőek, gyönyörűek és figyelemre méltóak.
Azután, ami ezt a szempontot alátámasztja, az a kérdés: Hogyan tud a természet mindenféle tervrajz vagy tervezés nélkül ilyen mintákat összerakni? Amikor mi mintákat hozunk létre, az azért van, mert mi így terveztük meg, helyére téve az elemeket. A természetben nincs tervező, de valahogy a természeti erők összefognak, hogy valami olyasmit hozzanak létre, ami nagyon szépnek tűnik.
Van kedvenc példája a természetben található mintázatra?
Talán az egyik legismertebb, de valójában az egyik legfigyelemreméltóbb a hópehely mintázata. Mindegyiknek ugyanaz a témája – ez a hatszoros, hatszögletű szimmetria, és mégis úgy tűnik, hogy ezekben a hópelyhekben végtelen változatosság van. Olyan egyszerű folyamat zajlik a kialakulásukban. Vízgőz fagy ki a nedves levegőből. Ennél semmi több nincs benne, de valahogy mégis létrehozza ezt a hihetetlenül bonyolult, részletes, gyönyörű mintázatot.
Egy másik rendszer, amit újra és újra felbukkanunk különböző helyeken, mind az élő, mind az élettelen világban, egy olyan mintázat, amit Turing-struktúráknak nevezünk. Ezeket Alan Turingról, a matematikusról nevezték el, aki megalapozta a számításelméletet. Őt nagyon érdekelte, hogyan alakulnak ki a minták. Különösen az érdekelte, hogyan történik ez egy megtermékenyített petesejtben, ami alapvetően egy gömb alakú sejt, amely valahogyan olyan bonyolult mintázattá alakul, mint az ember, miközben növekszik és osztódik.
Turing előállt egy elmélettel, amely alapvetően annak magyarázata volt, hogy egy csomó vegyi anyag, amelyek csak úgy lebegnek a térben, hogyan tudnak kölcsönhatásba lépni, hogy különbséget hozzanak létre a tér egyik darabkájától a másikig. Ily módon egy minta csírái keletkeznek. Ezt a folyamatot nagyon elvont matematikai kifejezésekkel fejezte ki.
Úgy tűnik, hogy valami ilyesmi lehet a felelős az állati bőrön kialakuló mintákért, és néhány mintázatért, amit a rovaroknál is látunk. De néhány egészen más rendszerben is megjelenik, a homokdűnékben és a homokfodrokban, amelyek a szél által elfújt homok után alakulnak ki.
A könyvében említi, hogy a tudomány és a matematika még nem magyarázott meg teljesen néhány ilyen mintát. Mondana egy példát?
Csak az 1980-as évek óta értjük igazán, hogy a hópelyhek hogyan kapják ezeket az elágazó alakzatokat, annak ellenére, hogy az emberek már több száz éve tanulmányozzák és gondolkodnak ezen a kérdésen. Pedig még most is rejtély, hogy miért lehet a hópehely minden ága nagyjából egyforma. Szinte olyan, mintha az egyik kar kommunikálni tudna a többivel, hogy azok különleges módon nőjenek. Ez még mindig meglepő.
A minták új formáit szinte olyan gyorsan fedezzük fel, mint ahogyan magyarázatokat találunk. A világ félszáraz vidékein furcsa vegetációs mintázatok vannak, ahol a növényzet foltjait csupasz talajfoltok választják el egymástól. Úgy tűnik, hogy ezek mögött is egy Turing-szerű mechanizmus áll, de ez a felismerés is nagyon új keletű.
Mit remél, mit találnak majd az olvasók a könyvben?
Amikor elkezdtem foglalkozni ezzel a témával, mindenütt mintákat kezdtem látni. Emlékszem, amikor 1999-ben az első könyvem írásának felénél jártam, és egy walesi tengerparton voltam, hirtelen rájöttem, hogy mindenhol minták vannak. A felhőkön és az égen különböző minták voltak, a tengeren hullámminták és így tovább. A homokban folyó vízben is más-más minták voltak. Még maguk a sziklák sem voltak pusztán véletlenszerűek.
Szóval, elkezdesz mintákat látni magad körül. Remélem, hogy az emberek megtapasztalják, hogy ez történik velük, hogy értékelni fogják, hogy mennyi minket körülvevő struktúra van mintázva. Ez egyszerűen pompás és örömteli.