De krul van de staart van een kameleon, de spiraal van de schubben van een dennenappel en de rimpelingen gecreëerd door wind bewegende zandkorrels hebben allemaal de kracht om op te vallen en de geest te intrigeren. Toen Charles Darwin in 1859 voor het eerst de evolutietheorie voorstelde door natuurlijke selectie, moedigde het wetenschapsenthousiasten aan om redenen te vinden voor de natuurlijke patronen die worden gezien in beesten van het land, vogels in de lucht en wezens van de zee. Het verenkleed van de pauw, de plekken van een haai moeten allemaal een adaptief doel dienen, vermoedden ze gretig.
Maar één persoon beschouwde dit alles als 'weggelopen enthousiasme', schrijft de Engelse wetenschapper en schrijver Philip Ball in zijn nieuwe boek, Patterns in Nature: Why the Natural World Looks Way It Does . De Schotse zoöloog D'Arcy Wentworth Thompson werd in 1917 gedwongen zijn eigen verhandeling te publiceren waarin hij verklaarde dat zelfs de creativiteit van de natuur wordt beperkt door wetten die worden gegenereerd door fysische en chemische krachten. De ideeën van Thompson klopten niet met de theorie van Darwin, maar ze wezen er wel op dat andere factoren een rol speelden. Terwijl natuurlijke selectie het waarom van de strepen van een tijger zou kunnen verklaren - een strategie om op te gaan in schaduwen in graslanden en bos - kan de manier waarop chemicaliën door ontwikkelingsweefsel diffunderen uitleggen hoe pigment in banden van donker en licht terechtkomt, en waarom vergelijkbaar patronen kunnen opduiken op een zeeanemoon.
In Patterns in Nature brengt Ball zijn eigen achtergrond als fysicus en scheikundige mee, evenals meer dan 20 jaar ervaring als redacteur voor het wetenschappelijke tijdschrift Nature . Zijn eerste boek, gepubliceerd in 1999 ( The Self-Made Tapestry ), en een trilogie, gepubliceerd in 2009 ( Nature's Patterns: Shapes, Flow, Branches ), verkennen het onderwerp van natuurlijke patronen, maar geen van beide heeft visuals zo rijk als zijn nieuwste.
Patronen in de natuur: waarom de natuurlijke wereld er zo uitziet
KopenDe levendige foto's in het boek zijn van vitaal belang, legt Ball uit, omdat sommige patronen alleen volledig door herhaling kunnen worden gewaardeerd. "Het is wanneer je verschillende van hen in glorieus detail naast elkaar ziet, dat je een idee begint te krijgen van hoe de natuur een thema aanneemt en ermee loopt", zegt hij.
De verklaringen die Ball biedt zijn eenvoudig en gracieus, zoals wanneer hij uitlegt hoe een doorweekt stuk grond kan opdrogen in een gebarsten landschap. "De droge laag aan de oppervlakte probeert te krimpen ten opzichte van de nog vochtige laag eronder, en de grond raakt doorspannen met spanning", schrijft hij.
Maar hij biedt ook voldoende details voor zowel wetenschappers als kunstenaars. De prachtige foto's werden samengesteld door de ontwerpers van Marshall Editions, een uitgever bij de Quarto Group in Londen, die het boek in licentie gaf aan de University of Chicago Press.
Ball sprak met Smithsonian.com over zijn boek en inspiraties.
Wat is precies een patroon?
Ik heb het expres enigszins dubbelzinnig in het boek achtergelaten, omdat het voelt alsof we het weten wanneer we het zien. Traditioneel beschouwen we patronen als iets dat zich steeds opnieuw herhaalt door de ruimte op een identieke manier, een beetje als een behangpatroon. Maar veel patronen die we in de natuur zien, zijn niet zo. We hebben het gevoel dat er iets normaals is of in elk geval niet willekeurig, maar dat betekent niet dat alle elementen identiek zijn. Ik denk dat een bekend voorbeeld daarvan de strepen van de zebra zijn. Iedereen kan dat als een patroon herkennen, maar geen enkele streep is zoals elke andere streep.
Ik denk dat we kunnen beargumenteren dat alles dat niet puur willekeurig is, een soort patroon bevat. Er moet iets in dat systeem zijn dat het heeft weggetrokken van die pure willekeur of aan het andere uiterste, van pure uniformiteit.
Waarom besloot je een boek te schrijven over natuurlijke patronen?
In eerste instantie was het een resultaat van het feit dat ik redacteur was bij Nature . Daar begon ik veel werk door het tijdschrift te zien komen - en door bredere wetenschappelijke literatuur - over dit onderwerp. Wat me opviel was dat het een onderwerp is dat geen enkele natuurlijke disciplinaire grens heeft. Mensen die geïnteresseerd zijn in dit soort vragen kunnen biologen zijn, wiskundigen, misschien fysici of scheikundigen. Dat sprak me erg aan. Ik heb altijd van onderwerpen gehouden die deze traditionele grenzen niet respecteren.
Maar ik denk ook dat het de visuals waren. De patronen zijn gewoon zo opvallend, mooi en opmerkelijk.
Vervolgens is dat de vraag: hoe brengt de natuur zonder enige vorm van blauwdruk of ontwerp dergelijke patronen samen? Wanneer we patronen maken, komt dat omdat we het zo hadden gepland en de elementen op hun plaats hadden gezet. In de natuur is er geen planner, maar op de een of andere manier werken natuurlijke krachten samen om iets te creëren dat er heel mooi uitziet.
Heb je een favoriet voorbeeld van een patroon in de natuur?
Misschien wel een van de meest bekende, maar echt een van de meest opmerkelijke is het patroon van de sneeuwvlok. Ze hebben allemaal hetzelfde thema - deze zesvoudige, zeshoekige symmetrie en toch lijkt er gewoon een oneindige variëteit te zijn binnen deze sneeuwvlokken. Het is zo'n eenvoudig proces dat hun vorming ingaat. Het is waterdamp die bevriest uit vochtige lucht. Er is niets meer dan dat, maar op de een of andere manier creëert het een ongelooflijk ingewikkeld, gedetailleerd, mooi patroon.
Een ander systeem dat we steeds weer op verschillende plaatsen tegenkomen, zowel in de levende als in de niet-levende wereld, is een patroon dat we Turing-structuren noemen. Ze zijn vernoemd naar Alan Turing, de wiskundige die de basis legde voor de berekeningstheorie. Hij was erg geïnteresseerd in hoe patronen worden gevormd. In het bijzonder was hij geïnteresseerd in hoe dat gebeurt in een bevruchte eicel, wat in feite een bolvormige cel is die op de een of andere manier een patroon krijgt dat zo ingewikkeld is als een mens, terwijl het groeit en verdeelt.
Turing kwam met een theorie die in feite een verklaring was voor de manier waarop een hele reeks chemicaliën die gewoon in de ruimte rondzweven, kunnen samenwerken om verschillen van de ene ruimte naar de andere te creëren. Op deze manier zullen de zaden van een patroon tevoorschijn komen. Hij drukte dat proces uit in zeer abstracte wiskundige termen.
Nu lijkt het erop dat zoiets mogelijk verantwoordelijk is voor de patronen die zich op dierenhuiden vormen en sommige patronen die we ook bij insecten zien. Maar het verschijnt ook in een aantal heel verschillende systemen, in zandduinen en zandrimpels die ontstaan nadat de wind zand heeft geblazen.
In je boek vermeld je het feit dat wetenschap en wiskunde sommige van deze patronen nog niet volledig hebben verklaard. Kunt u een voorbeeld geven?
We hebben pas echt begrepen hoe sneeuwvlokken deze vertakte formaties krijgen sinds de jaren 1980, ook al hebben mensen deze vraag al enkele honderden jaren bestudeerd en erover nagedacht. Maar zelfs nu is het een beetje een mysterie waarom elke arm van de sneeuwvlok vrijwel identiek kan zijn. Het is bijna alsof de ene arm met de andere kan communiceren om ervoor te zorgen dat ze op een speciale manier groeien. Dat is nog steeds verrassend.
Nieuwe vormen van patronen worden bijna net zo snel ontdekt als we verklaringen kunnen vinden. Er zijn vreemde vegetatiepatronen in semi-aride gebieden van de wereld waar er stukjes vegetatie zijn gescheiden door stukjes kale grond. Ook zij lijken een Turing-achtig mechanisme achter zich te hebben, maar dat begrip is ook zeer recent.
Wat hoop je dat lezers in het boek zullen vinden?
Toen ik naar dit onderwerp begon te kijken, begon ik overal patronen te zien. Ik herinner me dat toen ik halverwege mijn eerste boek in 1999 aan het schrijven was en ik op een strand in Wales was, ik me plotseling realiseerde dat er overal patronen waren. In de wolken en de lucht waren er verschillende patronen, er waren golfpatronen enzovoort in de zee. In het water dat door het zand stroomde, was er een ander soort patroon. Zelfs de kliffen waren niet puur willekeurig.
Dus je begint patronen overal om je heen te zien. Ik hoop dat mensen zullen merken dat dit hen overkomt, dat ze zullen waarderen hoeveel structuur rondom ons een patroon heeft. Daar zit gewoon pracht en vreugde in.
