Բնական երկրաչափական նախշերը կամ նախշերը հայտնվում են որպես կրկնվող ձևեր, որոնք երբեմն կարելի է նկարագրել կամ ներկայացնել մաթեմատիկական մոդելներով:
Երկրաչափությունը բնության և կյանքի մեջ ունի բազմաթիվ ձևեր և ձևեր, ինչպիսիք են համաչափությունը, պարույրները կամ ալիքները:
Պատմություն
Առաջին անգամ հին հույն փիլիսոփաներն ու գիտնականները՝ Պյութագորասը, Էմպեդոկլեսը և Պլատոնը, քննարկեցին բնության երկրաչափության հարցերը: Վերլուծելով բույսերի և կենդանիների կանխատեսելի կամ իդեալական երկրաչափական ձևերի օրինակները՝ նրանք փորձել են ցույց տալ կարգ ու համաչափություն բնության մեջ:
Բնության մեջ երկրաչափությունը ուսումնասիրելու ժամանակակից փորձերը սկսվել են 19-րդ դարում բելգիացի ֆիզիկոս Ժոզեֆ Պլաթոյի ջանքերով, ով մշակել է օճառի պղպջակի նվազագույն մակերեսի հայեցակարգը: Ժամանակակից առաջին փորձերը սկզբում կենտրոնացան իդեալական և կանխատեսելի երկրաչափական ձևերի ցուցադրման վրա, այնուհետև դիմեցին մոդելների մշակմանը, որոնք կանխատեսում էին բնության մեջ երկրաչափության տեսքն ու դրսևորումը:
20-րդ դարում մաթեմատիկոս Ալան Թյուրինգն աշխատել է մորֆոգենեզի մեխանիզմների վրա, որոնք բացատրում են կենդանիների տեսքըտարբեր նախշեր, գծեր, բծեր: Քիչ անց կենսաբան Արիստիդ Լինդենմայերը մաթեմատիկոս Բենուա Մանդելբրոտի հետ միասին կավարտի աշխատանքը մաթեմատիկական ֆրակտալների վրա, որոնք կրկնում են որոշ բույսերի, այդ թվում՝ ծառերի աճի օրինաչափությունները։
Գիտություն
Ժամանակակից գիտությունները (մաթեմատիկա, ֆիզիկա և քիմիա) տեխնոլոգիաների և մոդելների օգնությամբ փորձում են ոչ միայն բացատրել, այլ նաև կանխատեսել բնության մեջ հայտնաբերված երկրաչափական նախշերը։
Բազմաթիվ կենդանի օրգանիզմների՝ սիրամարգի, կոլիբրիների և ծովային խեցիների ձևն ու գույնը ոչ միայն գեղեցիկ են, այլև երկրաչափորեն ճիշտ, ինչը գրավում է գիտնականների հետաքրքրությունը։ Գեղեցկությունը, որը մենք դիտում ենք բնության մեջ, կարող է առաջանալ բնական ճանապարհով, մաթեմատիկորեն:
Մաթեմատիկայում դիտարկվող բնական օրինաչափությունները բացատրվում են քաոսի տեսությամբ, որն աշխատում է պարույրների և ֆրակտալների հետ։ Նման օրինաչափությունները ենթարկվում են ֆիզիկայի օրենքներին, բացի այդ, ֆիզիկան և քիմիան, օգտագործելով վերացական մաթեմատիկա, կանխատեսում են բյուրեղների ձևերը՝ բնական և արհեստական:
Կենսաբանությունը բացատրում է բնության երկրաչափությունը բնական ընտրությամբ, որտեղ այնպիսի կանոնավոր բնութագրերը, ինչպիսիք են շերտերը, բծերը, վառ գույները, կարող են բացատրվել քողարկման կամ ազդանշաններ ուղարկելու անհրաժեշտությամբ:
Նախշի տեսակներ
Բնության մեջ կան բազմաթիվ կրկնվող նախշեր, որոնք հայտնվում են տարբեր երկրաչափական ձևերով: Բնության մեջ երկրաչափության հիմնական օրինաչափությունների տեսակները, լուսանկարները և դրանց նկարագրությունը կարող եք գտնել ստորև։
Սիմետրիա. Այս երկրաչափական ձևը բնության մեջ ամենատարածվածներից է: Ամենատարածվածը կենդանիների մեջհայելային սիմետրիա - թիթեռներ, բզեզներ, վագրեր, բուեր: Այն նաև հանդիպում է բույսերի մեջ, ինչպիսիք են թխկի տերևները կամ խոլորձի ծաղիկները: Բացի այդ, բնության մեջ սիմետրիկ երկրաչափությունը կարող է լինել շառավղային, հինգ ճառագայթային կամ վեցակի, ինչպես ձյան փաթիլները:
Ֆրակտալներ. Մաթեմատիկայի մեջ սրանք ինքնանման կառույցներ են, որոնք անսահման են: Բնության մեջ անհնար է հայտնաբերել նման անվերջ ինքնակրկնվող ձև, հետևաբար, ֆրակտալ օրինաչափությունների մոտարկումները կոչվում են երկրաչափական ֆրակտալներ: Բնության մեջ նման երկրաչափություն կարելի է տեսնել տերևների, բրոկկոլիի, արքայախնձորի մրգերի մեջ։
Պիրալներ. Այս ձևերը հատկապես տարածված են փափկամարմինների և խխունջների շրջանում։ Գիտնականները տիեզերքում դիտում են պարուրաձև ձևեր, օրինակ՝ պարուրաձև գալակտիկաներ։ Պարույրը կոչվում է Ֆիբոնաչիի ոսկե հարաբերակցություն:
Մենդերս. Մաթեմատիկայում դինամիկ համակարգերի պատահականությունը դրսևորվում է բնության մեջ այնպիսի ձևերով, ինչպիսիք են ոլորանները և հոսքերը: Բնական երկրաչափությունը ստանում է կոտրված կամ ավելի շուտ կոր գծի ձև, ինչպիսին է գետի հոսքը:
Ալիքներ. Դրանք առաջանում են օդի խանգարումներից ու տեղաշարժերից, քամու հոսանքներից, որոնք տարածվում են ինչպես օդով, այնպես էլ ջրով։ Բնության մեջ դրանք ոչ միայն ծովային ալիքներ են, այլ նաև անապատային ավազաթմբեր, որոնք կարող են ձևավորել երկրաչափական ձևեր՝ գծեր, կիսալուսիններ և պարաբոլներ։
Մոզաիկա. Ստեղծվել է մակերեսի վրա նույն տարրերը կրկնելով: Վայրի բնության մեջ խճանկարային երկրաչափությունը հանդիպում է մեղուների մեջ՝ նրանք կառուցում ենմեղրախորիսխների փեթակ - կրկնվող բջիջներ։
Նախշերի ձևավորում
Կենսաբանության մեջ երկրաչափական գույնի ձևավորումը պայմանավորված է բնական ընտրության գործընթացով։ Դեռևս 20-րդ դարի կեսերին Ալան Թյուրինգին հաջողվեց նկարագրել կենդանիների գույնի բծերի և գծերի առաջացման մեխանիզմը. նա այն անվանեց ռեակցիա-դիֆուզիոն մոդել: Մարմնի որոշ բջիջներ պարունակում են գեներ, որոնք վերահսկվում են քիմիական ռեակցիաներով։ Մորֆոգենը հանգեցնում է մուգ պիգմենտով մաշկային տարածքների առաջացմանը (բծեր և շերտեր): Եթե մորֆոգենը առկա է մաշկի բոլոր բջիջներում, ապա ստացվում է պանտերայի գույնը, եթե առկա է անհավասար՝ սովորական խայտաբղետ ընձառյուծը:
