De krul van de staart van een kameleon, de spiraal van de schubben van een dennenappel en de rimpelingen die ontstaan door de wind die zandkorrels beweegt, hebben allemaal de kracht om de aandacht te trekken en de geest te intrigeren. Toen Charles Darwin in 1859 voor het eerst de evolutietheorie door natuurlijke selectie voorstelde, moedigde dit liefhebbers van de wetenschap aan om redenen te vinden voor de natuurlijke patronen die men ziet bij de beesten van het land, de vogels in de lucht en de schepsels van de zee. Het verenkleed van de pauw, de vlekken van een haai moeten allemaal een of ander adaptief doel dienen, zo veronderstelden zij gretig.
Toch zag één persoon dit alles als “op hol geslagen enthousiasme”, schrijft de Engelse wetenschapper en schrijver Philip Ball in zijn nieuwe boek, Patterns in Nature: Why the Natural World Looks the Way it Does. De Schotse zoöloog D’Arcy Wentworth Thompson werd in 1917 gepusht om zijn eigen verhandeling te publiceren waarin hij uitlegde dat zelfs de creativiteit van de natuur wordt begrensd door wetten die door fysieke en chemische krachten worden voortgebracht. Thompsons ideeën waren niet in strijd met Darwins theorie, maar wezen er wel op dat er andere factoren in het spel waren. Terwijl natuurlijke selectie het waarom van de strepen van een tijger zou kunnen verklaren – een strategie om op te gaan in de schaduw van graslanden en bossen – kan de manier waarop chemicaliën zich verspreiden door zich ontwikkelend weefsel verklaren hoe pigment eindigt in donkere en lichte banden, en waarom soortgelijke patronen kunnen opduiken op een zeeanemoon.
In Patterns in Nature brengt Ball zijn eigen achtergrond als natuurkundige en scheikundige naar voren, alsmede meer dan 20 jaar ervaring als redacteur voor het wetenschappelijke tijdschrift Nature. Zijn eerste boek, gepubliceerd in 1999 (The Self-Made Tapestry), en een trilogie, gepubliceerd in 2009 (Nature’s Patterns: Shapes, Flow, Branches), verkennen het onderwerp van natuurlijke patronen, maar geen van beide heeft visuals zo rijk als zijn nieuwste.
De levendige foto’s in het boek zijn van vitaal belang, legt Ball uit, omdat sommige van de patronen alleen volledig kunnen worden gewaardeerd door herhaling. “Het is wanneer je verschillende van hen naast elkaar ziet in glorieus detail dat je een gevoel begint te krijgen van hoe de natuur een thema neemt en ermee aan de haal gaat,” zegt hij.
De verklaringen die Ball biedt zijn eenvoudig en gracieus, zoals wanneer hij uitlegt hoe een doorweekt stuk grond kan opdrogen tot een gebarsten landschap. “De droge laag aan de oppervlakte probeert te krimpen ten opzichte van de nog vochtige laag eronder, en de grond wordt doorspekt met spanning,” schrijft hij.
Maar hij biedt ook genoeg details om zowel wetenschappers als kunstenaars te intrigeren. De prachtige foto’s werden samengesteld door de ontwerpers van Marshall Editions, een uitgeverij van de Quarto Group in Londen, die het boek in licentie gaf aan de University of Chicago Press.
Ball sprak met Smithsonian.com over zijn boek en inspiratiebronnen.
Wat is precies een patroon?
Ik heb het in het boek met opzet een beetje dubbelzinnig gelaten, omdat het voelt alsof we het kennen als we het zien. Traditioneel denken we bij patronen aan iets dat zich in de ruimte op identieke wijze herhaalt, zoiets als een behangpatroon. Maar veel patronen die we in de natuur zien, zijn niet helemaal zo. We voelen dat er iets regelmatigs of in ieder geval niet willekeurigs aan is, maar dat betekent niet dat alle elementen identiek zijn. Ik denk dat een heel bekend voorbeeld daarvan de strepen van de zebra zouden zijn. Iedereen herkent dat als een patroon, maar geen streep is als een andere streep.
Ik denk dat we kunnen stellen dat alles wat niet puur willekeurig is, een soort patroon in zich heeft. Er moet iets in dat systeem zijn dat het heeft losgetrokken van die pure willekeurigheid of, aan het andere uiterste, van pure uniformiteit.
Waarom besloot u een boek te schrijven over natuurlijke patronen?
In eerste instantie was het een gevolg van redacteur te zijn geweest bij Nature. Daar begon ik veel werk over dit onderwerp te zien in het tijdschrift en in de wetenschappelijke literatuur in het algemeen. Wat me opviel was dat het een onderwerp is dat geen natuurlijke disciplinaire grenzen kent. Mensen die geïnteresseerd zijn in dit soort vragen kunnen biologen zijn, of wiskundigen, of natuurkundigen of scheikundigen. Dat sprak me aan. Ik heb altijd van onderwerpen gehouden die zich niet aan die traditionele grenzen houden.
Maar ik denk ook dat het de visuals waren. De patronen zijn gewoon zo opvallend, mooi en opmerkelijk.
Daaraan ten grondslag ligt de vraag: Hoe kan de natuur zonder blauwdruk of ontwerp dit soort patronen maken? Als wij patronen maken, is dat omdat we het zo gepland hebben, door de elementen op hun plaats te zetten. In de natuur is er geen planner, maar op de een of andere manier spannen de natuurkrachten samen om iets tot stand te brengen dat er heel mooi uitziet.
Heeft u een favoriet voorbeeld van een patroon in de natuur?
Een van de bekendste, maar eigenlijk ook een van de opmerkelijkste is misschien wel het patroon van de sneeuwvlok. Ze hebben allemaal hetzelfde thema – deze zesvoudige, zeshoekige symmetrie en toch lijkt er een oneindige variatie binnen deze sneeuwvlokken te zijn. Het is zo’n eenvoudig proces dat bij hun vorming komt kijken. Het is waterdamp die bevriest uit vochtige lucht. Er is niets meer aan dan dat, maar op de een of andere manier creëert het dit ongelooflijk ingewikkelde, gedetailleerde, prachtige patroon.
Een ander systeem dat we steeds weer op verschillende plaatsen zien opduiken, zowel in de levende als in de niet-levende wereld, is een patroon dat we Turing-structuren noemen. Ze zijn genoemd naar Alan Turing, de wiskundige die de basis legde voor de computatietheorie. Hij was zeer geïnteresseerd in hoe patronen zich vormen. In het bijzonder was hij geïnteresseerd in hoe dat gebeurt in een bevruchte eicel, die in feite een bolvormige cel is die op de een of andere manier een patroon krijgt in iets zo ingewikkelds als een mens als het groeit en zich deelt.
Turing kwam met een theorie die in feite een verklaring was voor hoe een heleboel chemicaliën die gewoon in de ruimte rondzweven, op elkaar kunnen inwerken om verschillen te creëren van het ene stukje ruimte naar het andere. Op die manier ontstaan de kiemen van een patroon. Hij drukte dat proces uit in zeer abstracte wiskundige termen.
Nu, het lijkt erop dat iets dergelijks verantwoordelijk zou kunnen zijn voor de patronen die zich vormen op dierenhuiden en sommige patronen die we ook bij insecten zien. Maar het verschijnt ook in heel andere systemen, in zandduinen en zandrimpelingen die zich vormen nadat de wind zand heeft geblazen.
In uw boek noemt u het feit dat de wetenschap en de wiskunde sommige van deze patronen nog niet volledig hebben verklaard. Kunt u een voorbeeld geven?
We begrijpen pas sinds de jaren tachtig van de vorige eeuw hoe sneeuwvlokken deze vertakte formaties krijgen, hoewel mensen al honderden jaren over deze vraag hebben gestudeerd en nagedacht. Toch is het zelfs nu nog een beetje een raadsel waarom elke arm van de sneeuwvlok vrijwel identiek kan zijn. Het is bijna alsof één arm met de andere kan communiceren om ervoor te zorgen dat ze op een speciale manier groeien. Dat blijft verbazen.
Nieuwe vormen van patronen worden bijna net zo snel ontdekt als we verklaringen kunnen vinden. Er zijn vreemde vegetatiepatronen in semi-aride gebieden van de wereld waar er flarden van vegetatie zijn gescheiden door flarden van kale grond. Ook die lijken een Turing-achtig mechanisme achter zich te hebben, maar ook dat inzicht is zeer recent.
Wat hoopt u dat de lezers in het boek zullen vinden?
Toen ik me in dit onderwerp begon te verdiepen, begon ik overal patronen te zien. Ik herinner me dat toen ik halverwege het schrijven van mijn eerste boek in 1999 was en ik op een strand in Wales was, ik me plotseling realiseerde dat er overal patronen waren. In de wolken en de lucht waren er verschillende patronen, er waren golfpatronen enzovoort in de zee. In het water dat door het zand naar beneden stroomde, zat een ander soort patroon. Zelfs de kliffen zelf waren niet louter willekeurig.
Dus, je begint overal om je heen patronen te zien. Ik hoop dat mensen dit overkomt, dat ze gaan waarderen hoeveel structuur om ons heen een patroon heeft. Daar is gewoon pracht en vreugde in.