Cold Spring Harbor (Labnews Media LLC) – Menschen neigen dazu, in Wolken oder Mustern Dinge zu erkennen, die gar nicht existieren – ein Phänomen, das als Apophenie bekannt ist. Manchmal jedoch sind diese Muster real. Ein Forschungsteam um Saket Navlakha vom Cold Spring Harbor Laboratory hat nun ein solches Muster in der Natur entdeckt: Die Blätter der Chinesischen Geldpflanze (Pilea peperomioides) weisen ein natürliches Voronoi-Muster auf.
Voronoi-Diagramme sind geometrische Muster, die einen Raum in Regionen unterteilen, wobei jede Region einen zentralen Punkt enthält. In der Natur kommen Voronoi-ähnliche Muster häufig vor – etwa bei den Flecken auf Giraffenfellen. Allerdings fehlen dort meist die sichtbaren „zentralen Punkte“. Bei der Chinesischen Geldpflanze ist das anders: Die prominenten Poren (Hydathoden) auf den runden Blättern fungieren als zentrale Punkte, um die sich die netzartigen Adern (reticulate veins) in charakteristischen Schleifen anordnen.
Das Team um Navlakha und die ehemalige Doktorandin Cici Zheng (jetzt Postdoc am Allen Institute) kartierte Poren und Adern der Pflanze und arbeitete anschließend mit dem renommierten Pflanzenforscher Przemys?aw Prusinkiewicz zusammen. Gemeinsam entschlüsselten sie den „natürlichen Algorithmus“, der diese Muster erzeugt.
„Pflanzen können Abstände nicht explizit messen wie Menschen. Stattdessen nutzen sie lokale biologische Wechselwirkungen, um dieselbe Voronoi-Lösung zu erreichen“, erklärte Zheng. Navlakha ergänzte, dass solche Algorithmen in der Natur eine Erklärung dafür lieferten, wie Organismen Probleme lösten und die Welt strukturierten. Die Entdeckung verbinde klassische Geometrie, moderne Pflanzenbiologie und Informatik.
Prusinkiewicz, der seit Jahrzehnten die Adernmuster von Pflanzen erforscht, bezeichnete die Erkenntnis als bemerkenswert: „Es ist erstaunlich, wie mathematisch ein weiterer Aspekt der Pflanzenform und -musterung ist. Die Frage, wie reticulate Adern entstehen, war jahrzehntelang offen – nun haben wir eine plausible Antwort.“
Die Forscher hoffen, dass die Erkenntnisse helfen, komplexe Problemlösungsstrategien in der Natur besser zu verstehen. Langfristig könnte dies neue Einblicke in die mathematischen Grundlagen von Evolution, Entwicklung und Leben selbst liefern.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
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Nature Communications
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Nick WurmCSHL
