Il motivo per cui i modelli appaiono spesso in natura e semplice: gli stessi processi fisici o chimici di base si verificano in molte sostanze e organismi modellati mentre si formano. Che si tratti di piante e animali o rocce, schiume e cristalli di ghiaccio, gli intricati schemi che si verificano in natura si riducono a cio che sta accadendo a livello di atomi e molecole.
Un modello in natura e qualsiasi disposizione ripetuta regolarmente di forme o colori. Alcuni degli esempi piu sorprendenti includono le matrici esagonali di rocce a Giant’s Causeway nel Regno Unito, le bellissime disposizioni frattali di fiori su un broccolo romanesco e le strisce colorate e le macchie sui pesci tropicali.
Ogni gemma di un grappolo di broccoli Romanesco e composta da una serie di gemme piu piccole, disposte secondo un coerente schema a spirale. Creativ Studio Heinemann/Westend61 tramite Getty Images
Modelli come questi iniziano a formarsi su piccola scala quando i materiali subiscono processi come l’essiccazione, il congelamento, l’increspatura, la diffusione e la reazione. Questi cambiamenti danno quindi origine a modelli complessi su scala piu ampia che le persone possono vedere.
Motivi in ​​ghiaccio e roccia
Quando l’acqua si congela, le sue molecole iniziano a raggrupparsi. Le molecole d’acqua hanno una particolare forma piegata che le fa impilare in grappoli a forma di esagono mentre si congelano.
Man mano che il grappolo cresce, molti fattori esterni, tra cui umidita e temperatura, iniziano a influenzare la sua forma generale. Se l’acqua si gela su un vetro, ad esempio, piccole e casuali imperfezioni sulla superficie del vetro reindirizzano l’impilamento e creano il motivo piu grande.
Che dire degli incredibili motivi delle colonne di basalto a Giant’s Causeway? Questi si sono formati da 50 milioni a 60 milioni di anni fa, quando la lava – fluido roccioso caldo proveniente dalle profondita del sottosuolo – sali sulla superficie terrestre e inizio a perdere calore. Il raffreddamento ha causato la contrazione dello strato superiore di basalto. Gli strati piu profondi e caldi hanno resistito a questa trazione, creando crepe nello strato superiore.
Mentre la lava si raffreddava, le crepe si diffondevano sempre piu in profondita nella roccia. Le particolari qualita molecolari del basalto, cosi come la fisica di base di come i materiali si fratturano – leggi della fisica universali per tutte le sostanze sulla Terra – hanno fatto si che le crepe si incontrassero a determinati angoli per creare esagoni, proprio come l’acqua che si accumula. molecole.
Alla fine, il basalto rinfrescante ha fatto irruzione nelle colonne di roccia a forma esagonale che creano ancora uno schema cosi impressionante milioni di anni dopo.
Modelli negli animali
La creazione di modelli complessi negli organismi viventi inizia anche con meccanismi semplici a livello molecolare. Un importante processo di creazione di modelli riguarda il modo in cui le sostanze chimiche che si diffondono reagiscono tra loro.
Immagina come una goccia di colorante alimentare si diffonde in un bicchiere d’acqua: questa e diffusione.
Nel 1952, il matematico inglese Alan Turing dimostro che una sostanza chimica che si diffonde all’interno di un’altra sostanza chimica puo portare alla formazione di tutti i tipi di schemi in natura.
Gli scienziati hanno dimostrato che questo processo riproduce i motivi delle macchie di un leopardo, le strisce di una zebra e molti altri segni di animali.
Cosa rende questi segni coerenti di generazione in generazione? Con l’evoluzione delle specie animali, queste reazioni chimiche si sono evolute con loro e sono diventate parte dei loro codici genetici. Cio potrebbe essere dovuto al fatto che i segni li hanno aiutati a sopravvivere. Ad esempio, le strisce di una tigre la mimetizzano durante la caccia in una foresta o in una prateria, rendendo piu facile sorprendere e catturare la sua preda.
Gli scienziati non sempre conoscono lo scopo di un modello, o anche se ce n’e uno. I processi molecolari coinvolti sono abbastanza semplici da poter generare casualmente uno schema.
Ad esempio, nel lavoro del mio gruppo di ricerca che studia i granelli di polline delle piante, abbiamo visto un’enorme varieta di modelli, tra cui punte, strisce e molti altri.
I granelli di polline di varie piante comuni come girasole, gloria mattutina, malvarosa della prateria, giglio orientale, enotera e ricino – ingranditi 500 volte e colorati in questa immagine – mostrano motivi intricati. Struttura del microscopio elettronico di Dartmouth
Non capiamo ancora perche una pianta produca un particolare schema pollinico piuttosto che un altro. Qualunque sia l’uso finale che questo e altri modelli in natura possono avere, la loro varieta, complessita e ordine sono sorprendenti.
