Завиток хвоста хамелеона, спираль чешуи сосновой шишки и рябь, создаваемая движущимися песчинками ветра - все это способно привлечь внимание и заинтриговать разум. Когда в 1859 году Чарльз Дарвин впервые предложил теорию эволюции путем естественного отбора, он призвал энтузиастов науки найти причины для естественных закономерностей, наблюдаемых у зверьков земли, птиц воздуха и морских существ. Оперение павлина, пятна акулы должны служить неким адаптивным целям, они охотно предположили.
И все же один человек рассматривал все это как «безудержный энтузиазм», пишет английский ученый и писатель Филипп Болл в своей новой книге « Образцы в природе: почему мир природы выглядит так, как он делает» . Шотландский зоолог Д'Арси Вентворт Томпсон был вынужден опубликовать свой собственный трактат в 1917 году, объясняющий, что даже творчество природы ограничено законами, порожденными физическими и химическими силами. Идеи Томпсона не вступали в противоречие с теорией Дарвина, но они указывали на то, что были задействованы другие факторы. Принимая во внимание, что естественный отбор может объяснить причину полос тигра - стратегию слияния с тенями в лугах и лесах - способ, которым химические вещества диффундируют через развивающиеся ткани, может объяснить, как пигмент заканчивается в полосах темноты и света, а также почему сходные узоры могут появиться на морском анемоне.
В « Образцах в природе» Болл привносит свой собственный опыт физика и химика, а также более 20 лет опыта работы в качестве редактора научного журнала « Природа» . Его первая книга, опубликованная в 1999 году ( «Самодельный гобелен» ), и трилогия, опубликованная в 2009 году (« Природные узоры: формы, обтекание, ветви» ), исследуют тему естественных узоров, но ни один из них не имеет столь же богатых визуальных образов, как его последние.
Образцы в природе: почему мир природы выглядит так, как он
купитьБолл объясняет, что яркие фотографии в книге жизненно необходимы, потому что некоторые из рисунков могут быть полностью оценены только через повторение. «Когда вы видите несколько из них рядом в великолепных деталях, вы начинаете понимать, как природа берет тему и работает с ней», - говорит он.
Объяснения, которые предлагает Болл, просты и изящны, например, когда он объясняет, как мокрый участок земли может высохнуть в потрескавшейся местности. «Сухой слой на поверхности пытается сжаться относительно еще влажного слоя внизу, и земля повсюду пронизана натяжением», - пишет он.
Тем не менее, он также предлагает достаточно деталей, чтобы заинтриговать ученых и художников. Потрясающие фотографии были созданы кураторами Marshall Editions, издателя Quarto Group в Лондоне, который лицензировал книгу для Университета Чикагской прессы.
Болл рассказал Smithsonian.com о своей книге и вдохновении.
Что именно является шаблоном?
Я специально оставил это в книге немного двусмысленным, потому что кажется, что мы знаем это, когда видим это. Традиционно, мы думаем о узорах как о чем-то, что просто повторяется снова и снова по всему пространству одинаковым образом, вроде рисунка обоев. Но многие модели, которые мы видим в природе, не совсем такие. Мы чувствуем, что в них есть что-то регулярное или, по крайней мере, неслучайное, но это не значит, что все элементы идентичны. Я думаю, что очень знакомый пример этого был бы полосами зебры. Каждый может признать это как образец, но никакая полоса не похожа на любую другую полосу.
Я думаю, мы можем привести аргументы в пользу того, что все, что не является чисто случайным, имеет своего рода паттерн. В этой системе должно быть что-то, что отвлекло бы ее от этой чистой случайности или от другой крайности от чистой однородности.
Почему вы решили написать книгу о естественных узорах?
Сначала это было результатом того, что он был редактором в Nature . Там я начал видеть много работы, проходящей через журнал - и через научную литературу в более широком смысле - по этой теме. Что меня поразило, так это то, что эта тема не имеет каких-либо естественных дисциплинарных границ. Люди, которые интересуются такими вопросами, могут быть биологами, математиками, физиками или химиками. Это привлекло меня. Мне всегда нравились предметы, которые не уважают эти традиционные границы.
Но я думаю, что это были также визуальные эффекты. Узоры просто потрясающие, красивые и замечательные.
Затем в основе этого аспекта лежит вопрос: как природа без какого-либо проекта или дизайна объединяет подобные шаблоны? Когда мы создаем шаблоны, это потому, что мы планировали это таким образом, расставляя элементы по местам. В природе нет планировщика, но каким-то образом природные силы замышляют создать нечто, что выглядит довольно красиво.
У вас есть любимый пример узора, найденного в природе?
Возможно, один из самых знакомых, но на самом деле один из самых замечательных - это рисунок снежинки. У них у всех одна и та же тема - шестигранная шестиугольная симметрия, и, тем не менее, внутри этих снежинок просто существует бесконечное разнообразие. Это такой простой процесс, который входит в их формирование. Это пар, замерзающий из влажного воздуха. В этом нет ничего, кроме этого, но каким-то образом он создает этот невероятно сложный, детальный, красивый узор.
Другая система, которую мы обнаруживаем снова и снова в разных местах, как в живом, так и неживом мире, - это паттерн, который мы называем структурами Тьюринга. Они названы в честь Алана Тьюринга, математика, положившего начало теории вычислений. Его очень интересовало, как образуются узоры. В частности, его интересовало, как это происходит с оплодотворенной яйцеклеткой, которая в основном представляет собой сферическую клетку, которая каким-то образом превращается в нечто настолько сложное, как человек, так как оно растет и делится.
Тьюринг выдвинул теорию, которая была в основном объяснением того, как целая куча химикатов, которые просто как бы плавают в пространстве, могут взаимодействовать, создавая различия из одного места в другое. Таким образом, семена шаблона появятся. Он выразил этот процесс в очень абстрактных математических терминах.
Теперь, кажется, что-то подобное может быть ответственным за рисунки, которые формируются на шкурах животных, и за некоторые рисунки, которые мы видим и у насекомых. Но это также проявляется в некоторых совершенно других системах, в песчаных дюнах и песчаных волнах, образующихся после того, как ветер унес песок.
В своей книге вы упоминаете тот факт, что наука и математика еще не полностью объяснили некоторые из этих закономерностей. Можете привести пример?
Мы только действительно поняли, как снежинки получают эти разветвленные образования с 1980-х годов, хотя люди изучали и думали над этим вопросом в течение нескольких сотен лет. Но даже сейчас немного загадочно, почему каждая рука снежинки может быть почти одинаковой. Как будто одна рука может общаться с другими, чтобы убедиться, что они растут особым образом. Это все еще удивительно.
Новые формы паттернов обнаруживаются почти так же быстро, как мы можем найти объяснения. В полузасушливых регионах мира есть странные растительные узоры, где есть участки растительности, разделенные участками голой земли. Кажется, что у них тоже есть механизм, подобный Тьюрингу, но это понимание также совсем недавно.
Что, вы надеетесь, читатели найдут в книге?
Когда я начал изучать эту тему, я начал видеть шаблоны повсюду. Я помню, когда я в середине 1999 года писал свою первую книгу и был на пляже в Уэльсе, я внезапно осознал, что везде есть шаблоны. В облаках и на небе были разные рисунки, были волны и так далее в море. В воде, стекающей по песку, была другая картина. Даже сами утесы не были чисто случайными.
Итак, вы начинаете видеть шаблоны вокруг вас. Я надеюсь, что люди обнаружат, что это происходит с ними, что они будут ценить, как структурирована окружающая нас структура. В этом просто великолепие и радость.
