As pessoas costumam notar formas familiares em lugares aleatórios. Talvez você tenha olhado para as nuvens e imaginado um veleiro, um cavalo-marinho ou até mesmo sua tia Rosemary olhando para você. Os cientistas chamam essa tendência de encontrar padrões significativos na aleatoriedade de “apofenia”. Mas, em alguns casos, esses padrões são bastante reais. O professor associado do Cold Spring Harbor Laboratory, Saket Navlaha, estuda estruturas ocultas que aparecem na natureza.
Um dos exemplos mais famosos de padrão organizado é o diagrama de Voronoi, um sistema geométrico que divide o espaço em regiões distintas em torno de pontos centrais. Um exemplo simples seriam os distritos escolares. Cada distrito (região) está organizado de forma que os alunos estejam sempre mais próximos da escola designada (ponto central).
“Os diagramas de Voronog têm sido usados há séculos em diversas aplicações, desde planejamento urbano até projeto de redes”, diz Navlakha.
Padrões semelhantes aos diagramas de Voronoi são frequentemente vistos na natureza, incluindo marcas em girafas. Contudo, estas versões naturais geralmente não contêm os pontos centrais óbvios encontrados nos exemplos dos livros didáticos. Navlaha e a ex-aluna Sissy Zheng identificaram recentemente uma rara exceção em Pilea peperomioides, mais conhecida como a fábrica de dinheiro chinesa.
A fábrica de dinheiro da China revela um esquema matemático oculto
A planta monetária chinesa é uma planta perene nativa das províncias chinesas de Yunnan e Sichuan. É também uma planta de interior popular, muitas vezes dada como presente. Suas folhas redondas contêm poros visíveis chamados hidátodos, que são cercados por redes enroladas de veias que movem água e nutrientes através da folha.
Depois de mapear meticulosamente os poros e veias, Navlakha e Zheng descobriram que a estrutura das folhas forma naturalmente um padrão Voronoi.
Para entender melhor como o padrão se desenvolve, os pesquisadores colaboraram com Przemyslaw Prusinkevich, cientista que ganhou reconhecimento internacional por seu trabalho na formação de veias de plantas. Juntos, eles identificaram o “algoritmo natural” responsável pela criação de veias em loop ao redor dos poros das folhas.
“Assim como os humanos têm de resolver problemas para sobreviver, o mesmo acontece com outros organismos”, diz Zheng, agora pós-doutorando no Instituto Allen. “Mas, ao contrário dos humanos, as plantas não podem medir distâncias explicitamente! Em vez disso, dependem de interações biológicas locais para alcançar a mesma solução de Voronoi.”
Algoritmos ocultos na natureza
A descoberta destaca como os organismos vivos podem criar sistemas altamente organizados sem planejamento ou medição consciente.
“Vemos para estes algoritmos na natureza como uma explicação de como os organismos se comportarão e como uma forma de tentar compreender o mundo”, diz Navlaha. “Este exemplo é uma boa fusão de geometria clássica, biologia vegetal moderna e ciência da computação.”
Prusinkevich diz que estas descobertas podem finalmente fornecer uma resposta a um mistério científico de longa data relativo à formação das nervuras das folhas.
“É incrível como outro aspecto da forma e do padrão das plantas se revela matemático”, acrescenta Prusinkevich. “Durante décadas, a questão de como as veias reticulares são formadas permaneceu em aberto e, finalmente, temos uma resposta plausível” nos exemplares da casa da moeda chinesa de Voronoi.
Navlakha e Zheng esperam que estudos futuros destes padrões revelem mais sobre como as plantas resolvem problemas biológicos complexos. Eles acreditam que o trabalho poderá eventualmente ajudar os cientistas a compreender melhor os princípios matemáticos que moldam a evolução, o desenvolvimento e a própria vida.
