Мир по образцу

Многие из нас, прогуливаясь по лесу или листая какую-нибудь энциклопедию, замечали, что некоторые явление природы повторяются, словно разложенные по полкам книги. Например, дюны в пустыне-каждая следующая есть повторение предыдущей. Или же листья всем нам известно папоротника, особенно нижние, имеют схожее строение. Облака на небе тоже как ни странно имеют определённую порядочность и могут быть одинаковыми. Но все же в природе не всегда все бывает так закономерно. Отчего же зависит эта закономерность, и может ли она подчиняться какой-нибудь классификации?

Начнем с ответа на такой вопрос: есть ли классификация таких явлений природы? По сути да, и берет она свое начало с слова паттерн (с английского - образец, система) - это наблюдаемые нами регулярности, которые встречаются в природе. Например, трещины, спирали, волны. Причем паттерны в природе часто хаотичны, не повторяются в точности. Заметили такой порядок в природе еще в древнем мире Платон и Пифагор. Немецкий биолог и художник Эрнст Геккель нарисовал сотни морских организмов, подчёркивая их симметрию. Современное же представление паттернов основывается на разных уровнях: математика, физика, химия. Данные таких исследований используются в компьютерном моделирование и в изучение возникновения паттернов в живых организмах (форма клеток, структура капилляров нейронных сетей).

В их классификации выделяют следующие виды.

Фракталы - объекты, которые в целом имеют такое же строение, как и его уменьшенные части, то есть целое самоподобно меньшим своим частям. Среди живых организмов такое можно встретить у листьев зонтичных, папоротников, у повторяющихся частей кораллов, гидроидных. Также фракталы распространяются в таких феноменах, как речные сети, разломы гор, морские волны, разветвленные кровеносные сосуды.

Спираль - это кривая, которая огибает некоторую центральную точку, постепенно приближаясь или удаляясь от неё, встречается у моллюсков - наутилус, растений - соцветья астровых, семенные головки подсолнечника.

Симметрия - в широком смысле это неизменность, проявляемая при каком-либо изменение в положение. Например, сферическая форма клеток - при повороте в любое направление их симметрия не меняется, или же билатеральная симметрия - правая и левая сторона относительно друг друга выглядят одинаково (у большинства высокоорганизованных животных, среди растений - орхидея). Выделяют также: пятилучевую симметрию - морские звезды, морские ежи; шестилучевые - снежинки; вращательную - в явлениях неживой природы, например, когда капля падает на поверхность воды, образуются круги.

Также выделяют частные случаи возникновения паттернов. Такие, как: турбулентность -происходит в газах и жидкостях при преодолении твердого препятствия, образует характерные паттерны кручения; хаотичная система - она очень чувствительна к своим начальным условиям (хаос в расположение молекул кислорода водорода в воздухе); волны, дюны - под действием ветра на поверхности морей и пустынь соответственно образуется схожие по строению образования - рябь; замощение - расположение частей без пробелов между ними, самый известный пример - пчелиные улья.

Существование вышеперечисленных форм и образцов, действующих в живых организмах, объясняются отбором, то есть с точки зрения эволюции применимы только данные варианты. Наличие же паттернов в явлениях природы, именно в таком виде, в котором мы их видим, поясняется физическими законами механики, термодинамики, оптики, молекулярной физики.

В конце хотелось бы сказать, что, взаимодействуя с природой, а не противопоставляя себя ей, люди смогут применять её методы построения, проверенные, так сказать, временем, и добиться тем самым больших успехов в эффективности разработок.

#Наука #биология