Je denkt dat je een patroon ziet. Waarschijnlijk apofenie. Dat is de mooie term voor de menselijke drang om punten met elkaar te verbinden die niet echt bij elkaar passen. Staar lang genoeg naar een wolk en je zult het gezicht van je ex vinden. Of een zeepaardje. Het is een fout in de bedrading. Maar de natuur? Soms betekent het dat ook daadwerkelijk.
Saket Navlakha weet dit. Als universitair hoofddocent bij het Cold Spring Harbor Laboratory is hij op jacht naar deze verborgen codes. Hij vond er een in een plant die je waarschijnlijk sinds 2012 hebt genegeerd.
De Chinese geldfabriek. Pilea peperomioides.
Het is een kamerplant. Ronde bladeren. Cadeau gegeven rond de feestdagen. Vrij onschadelijk. In die bladeren zit een kaart. Een strikte geometrische lay-out, een Voronoi-diagram genoemd.
De geometrie van de ruimte
Wat is een Voronoi-diagram? Het is een manier om ruimte te verdelen.
Denk aan schooldistricten. Ieder kind woont in de buurt die het dichtst bij een bepaalde school ligt. Je trekt lijnen tussen die zones. Deze lijnen liggen op gelijke afstand van de scholen. Dat is Voronoi. Stedenbouwkundigen maken er gebruik van. Computernetwerken maken er gebruik van.
“Voronoi-diagrammen worden al eeuwenlang gebruikt… variërend van stadsplanning tot netwerkontwerp.” Navlakha merkt op dat dit niet nieuw is. De wiskunde is oud. De toepassing op de biologie? Zeldzaam.
De natuur doet het soms alsof. Giraffeplekken zien eruit als Voronoi-mozaïeken. Dichtbij, zeker. Maar vaag. Er ontbreken duidelijke centra. Navlakha en zijn oud-student, Cici Zheng, keken naar de geldfabriek. Deze had echte centra. Duidelijke definitie. Geen dubbelzinnigheid.
Ze zagen het meteen. Een natuurlijke uitzondering op het gebruikelijke biologische geluid.
Aderen, poriën en algoritmen
Deze planten zijn vaste planten uit Yunnan en Sichuan. Ze sturen water en voedingsstoffen uit via een lussysteem. De bladeren hebben poriën die hydathoden worden genoemd. Hier komt water uit of komt binnen.
Omringt elke porie? Een web van netvormige aderen. Ze dwalen niet alleen maar rond. Ze stoppen precies wanneer ze de aderen van aangrenzende poriën ontmoeten.
Navlakha en Zheng brachten dit in kaart. De aderen raadden het niet. Ze volgden regels. Om het mechanisme te achterhalen, belden ze Przemysław Prusinkieuicz. Hij is de man. Hij onderzoekt tientallen jaren hoe planten hun eigen aderen bouwen.
Samen isoleerden ze het algoritme. De ‘natuurlijke code’ die de groei aandrijft.
Hier is de kicker.
Planten kunnen niet meten. Geen heerser. Geen GPS. Ze berekenen de afstand tot de dichtstbijzijnde porie niet bewust.
“In tegenstelling tot mensen kunnen planten afstanden niet expliciet meten”, zegt Zheng. Ze zit nu bij het Allen Institute en is hier nog steeds mee aan het puzzelen. “In plaats daarvan vertrouwen ze op lokale biologische interactie om hetzelfde Voronoi-resultaat te bereiken.”
De plant reageert op wat ernaast staat. Eenvoudige lokale bewegingen. Uit een kleine chaos ontstaat een wereldorde. Het werkt.
Waarom de lijnen ertoe doen
Het is een fusie. Klassieke geometrie. Moderne plantkunde. Computerwetenschappen. Alles in een potplant van $ 12.
“Net zoals mensen moeten overleven om te overleven, geldt dat ook voor andere organismen.”
Dat klinkt zwaar. Maar het is praktisch. Organismen lossen problemen op om in leven te blijven. Het probleem hier was de verdeling van de hulpbronnen. De oplossing was geometrie.
Prusinkiewiecz merkt de betekenis op. De vorming van een netvormige ader was een spook geweest. Een open vraag die al tientallen jaren in de plantkunde rondhangt. Waarom kronkelen aderen zo?
‘Eindelijk hebben we een plausibel antwoord’, zei hij. De Chinese geldfabriek loste een mysterie op dat we nog niet eens hadden uitgewerkt.
Is deze evolutie vooruitstrevend? Onwaarschijnlijk. Het is opnieuw efficiëntiewinst. Eenvoudige regels creëren complexe vormen.
Navlakha wil verder kijken. Hij denkt dat dit werk uiteindelijk zal uitmonden in de manier waarop we de evolutie zelf begrijpen. De wiskundige principes achter het leven zijn ouder dan computers. We zijn net aan het inhalen.
De plant zit daar. Wachten. Rekenen terwijl je vergeet het water te geven.
