La gente suele encontrar formas familiares en lugares aleatorios. Tal vez mires las nubes e imagines un velero, un caballito de mar o incluso tu tía Rosemary mirándote. Los científicos llaman a esta tendencia a encontrar patrones significativos al azar “apofenia”. Pero en algunos casos, esos patrones son muy reales. Saket Navlakha, profesor asociado del Laboratorio Cold Spring Harbor, estudia estructuras ocultas en la naturaleza.
Uno de los ejemplos más conocidos de patrones organizados es el diagrama de Voronoi, un método geométrico que divide el espacio en regiones discretas alrededor de un punto central. Un ejemplo sencillo sería el distrito escolar. Cada distrito (área) está organizado de manera que los estudiantes estén siempre más cerca de su escuela asignada (punto central).
“Los diagramas de Voronoi se han utilizado durante siglos en aplicaciones que van desde la planificación urbana hasta el diseño de redes”, dice Navlakha.
En la naturaleza se ven a menudo patrones similares a los diagramas de Voronoi, incluido el patrón de las jirafas. Sin embargo, estas versiones naturales suelen carecer de los puntos centrales obvios que se encuentran en los ejemplos de los libros de texto. Navlakha y la ex estudiante de posgrado Cici Zheng identificaron recientemente una rara excepción en Pilea peperomioides, más conocida como la planta del dinero china.
La planta del dinero china revela patrones matemáticos ocultos
La planta del dinero china es una especie perenne originaria de las provincias de Yunnan y Sichuan en China. Es una planta de interior popular que a menudo se regala. Sus hojas redondeadas tienen poros notables llamados hidátodos, que están rodeados por una red de venas circulares que mueven el agua y los nutrientes a través de la hoja.
Después de mapear cuidadosamente los poros y venas, Navlakha y Zheng descubrieron que la estructura de la hoja forma naturalmente un patrón Voronoi.
Para comprender mejor cómo se desarrolla el patrón, los investigadores se asociaron con Przemysl Prusinkiewicz, un científico reconocido internacionalmente por su trabajo sobre la formación de venas en plantas. Juntos, identificaron el “algoritmo natural” responsable de crear venas circulares alrededor de los poros de las hojas.
“Así como los humanos tienen que resolver problemas para sobrevivir, también lo hacen otros organismos”, dice Zheng, ahora postdoctorado en el Instituto Allen. “Pero a diferencia de los humanos, las plantas no pueden medir la distancia con precisión. En cambio, dependen de interacciones biológicas locales para obtener la misma solución de Voronoi”.
Algoritmos ocultos en la naturaleza.
El descubrimiento destaca cómo los organismos vivos pueden crear sistemas altamente organizados sin una planificación o medición consciente.
“Pensamos en estos algoritmos en la naturaleza como explicaciones de cómo se comportarán los organismos y como formas de intentar comprender el mundo”, dijo Navlakha. “Este ejemplo es una maravillosa integración de la geometría clásica, la biología vegetal moderna y la informática”.
Prusinkiewicz dice que los hallazgos finalmente pueden responder a un viejo misterio científico relacionado con la formación de las venas de las hojas.
“Es sorprendente cómo matemáticamente se ha convertido en otro aspecto de la forma y el patrón de las plantas”, añadió Prusinkiewicz. “Durante décadas, la cuestión de cómo se forman las venas reticulares ha estado abierta, y finalmente tenemos una respuesta razonable” sobre el patrón Voronoi de las plantas monetarias chinas.
Navlakha y Zheng esperan que futuros estudios de estos patrones revelen más sobre cómo las plantas resuelven desafíos biológicos complejos. Creen que el trabajo podría, en última instancia, ayudar a los científicos a comprender mejor los principios matemáticos que dan forma a la evolución, el desarrollo y la vida.
