Svelato un segreto matematico nascosto tra le foglie della pianta del denaro cinese

Uno degli esempi più noti di organizzazione spaziale è il diagramma di Voronoi, un sistema geometrico che divide lo spazio in regioni separate attorno a punti centrali. Un esempio semplice potrebbe essere quello dei distretti scolastici. Ogni distretto (regione) è organizzato in modo che gli studenti siano sempre più vicini alla scuola (punto centrale) a cui sono assegnati.

“I diagrammi di Voronoi sono stati utilizzati per secoli in una varietà di applicazioni che vanno dalla pianificazione urbana alla progettazione di reti”, afferma Navlakha.

In natura si possono spesso osservare disegni simili ai diagrammi di Voronoi, come ad esempio le macchie sulle giraffe. Tuttavia, queste versioni naturali di solito non presentano i punti centrali ben definiti che si trovano negli esempi dei libri di testo. Navlakha e la sua ex studentessa di dottorato Cici Zheng hanno recentemente identificato una rara eccezione nella Pilea peperomioides, meglio conosciuta come pianta dei soldi cinese.

La pianta cinese del denaro rivela uno schema matematico nascosto

La pianta del denaro cinese è una specie perenne originaria delle province cinesi dello Yunnan e del Sichuan. È anche una popolare pianta d’appartamento, spesso regalata. Le sue foglie circolari presentano pori ben visibili, chiamati idatodi, circondati da una rete di nervature che trasportano acqua e sostanze nutritive all’interno della foglia.

Dopo aver mappato attentamente i pori e le venature, Navlakha e Zheng hanno scoperto che la struttura della foglia forma naturalmente un modello di Voronoi.

Per comprendere meglio come si sviluppa questo schema, i ricercatori hanno collaborato con Przemysław Prusinkiewicz, uno scienziato di fama internazionale per il suo lavoro sulla formazione delle nervature nelle piante. Insieme, hanno identificato l'”algoritmo naturale” responsabile della creazione delle nervature ad anello attorno ai pori delle foglie.

“Proprio come gli esseri umani devono risolvere problemi per sopravvivere, lo stesso vale per gli altri organismi”, afferma Zheng, ora ricercatore post-dottorato presso l’Allen Institute. “Ma a differenza degli esseri umani, le piante non possono misurare esplicitamente le distanze! Si affidano invece alle interazioni biologiche locali per raggiungere la stessa soluzione di Voronoi.”

Algoritmi nascosti in natura

La scoperta evidenzia come gli organismi viventi possano creare sistemi altamente organizzati senza pianificazione o misurazione consapevoli.

“Consideriamo questi algoritmi presenti in natura come una spiegazione del comportamento degli organismi e un modo per cercare di dare un senso al mondo”, afferma Navlakha. “Questo esempio rappresenta una bella fusione di geometria classica, biologia vegetale moderna e informatica.”

Prusinkiewicz afferma che i risultati potrebbero finalmente risolvere un mistero scientifico di lunga data riguardante la formazione delle nervature fogliari.

“È sorprendente come un altro aspetto della forma e della struttura delle piante si riveli essere matematico”, aggiunge Prusinkiewicz. “Per decenni, la questione di come si formino le venature reticolate è rimasta aperta, e finalmente abbiamo una risposta plausibile” nei motivi di Voronoi della pianta del denaro cinese.

Navlakha e Zheng sperano che studi futuri su questi modelli riveleranno di più su come le piante risolvono complesse sfide biologiche. Credono che questo lavoro potrebbe in futuro aiutare gli scienziati a comprendere meglio i principi matematici che plasmano l’evoluzione, lo sviluppo e la vita stessa.