Looduslikud geomeetrilised mustrid või mustrid ilmuvad korduvate kujunditena, mida võib mõnikord kirjeldada või esitada matemaatiliste mudelite abil.
Geomeetriat looduses ja elus on palju, nagu sümmeetria, spiraalid või lained.
Ajalugu
Esimest korda võtsid Vana-Kreeka filosoofid ja teadlased – Pythagoras, Empedocles ja Platon – üles küsimused looduse geomeetria kohta. Analüüsides näiteid ennustatavatest või ideaalsetest geomeetrilistest kujunditest taimedes ja loomades, püüdsid nad demonstreerida looduses olevat korda ja sümmeetriat.
Kaasaegsed katsed uurida geomeetriat looduses said alguse 19. sajandil Belgia füüsiku Joseph Plateau jõupingutustega, kes töötas välja seebimulli minimaalse pinna kontseptsiooni. Esimesed kaasaegsed katsed keskendusid esm alt ideaalsete ja prognoositavate geomeetriliste kujundite demonstreerimisele ning seejärel pöördusid mudelite väljatöötamisele, mis ennustavad geomeetria väljanägemist ja avaldumist looduses.
20. sajandil töötas matemaatik Alan Turing morfogeneesi mehhanismide kallal, mis selgitab loomade välimusterinevad mustrid, triibud, laigud. Veidi hiljem lõpetab bioloog Aristide Lindenmeier koos matemaatik Benoit Mandelbrotiga töö matemaatiliste fraktaalide kallal, mis kordasid mõnede taimede, sealhulgas puude kasvumustreid.
Teadus
Kaasaegsed teadused (matemaatika, füüsika ja keemia) püüavad tehnoloogiate ja mudelite abil mitte ainult seletada, vaid ka ennustada looduses leiduvaid geomeetrilisi mustreid.
Paljude elusorganismide, nagu paabulind, koolibri ja merekarp, kuju ja värvus pole mitte ainult ilusad, vaid ka geomeetriliselt õiged, mis köidab teadlastes uudishimu. Looduses vaadeldav ilu võib olla põhjustatud loomulikult, matemaatiliselt.
Matemaatikas vaadeldud loomulikke mustreid selgitab kaoseteooria, mis töötab spiraalide ja fraktaalidega. Sellised mustrid järgivad füüsikaseadusi, lisaks ennustavad füüsika ja keemia abstraktset matemaatikat kasutades kristallide kuju, nii looduslikke kui tehislikke.
Bioloogia selgitab looduses esinevat geomeetriat loodusliku valiku abil, kus sellised regulaarsed omadused nagu triibud, laigud, eredad värvid on seletatavad vajadusega varjata või saata signaale.
Mustri tüübid
Looduses on palju korduvaid mustreid, mis esinevad mitmesugustes geomeetrilistes kujundites. Geomeetria põhiseaduspärasuste tüübid looduses, fotod ja nende kirjeldused leiate altpoolt.
Sümmeetria. See geomeetriline kujund on looduses üks levinumaid. Kõige sagedamini loomadelpeegelsümmeetria - liblikad, mardikad, tiigrid, öökullid. Seda leidub ka taimedes, näiteks vahtralehtedes või orhideeõites. Lisaks võib sümmeetriline geomeetria looduses olla radiaalne, viiekiireline või kuuekordne, nagu lumehelbed.
Fraktalid. Matemaatikas on need isesarnased konstruktsioonid, mis on lõpmatud. Looduses on sellist lõputut isekorduvat vormi võimatu tuvastada, seetõttu nimetatakse fraktaalimustrite lähendusi looduses geomeetrilisteks fraktaalideks. Sellist geomeetriat võib looduses täheldada sõnajalalehtedel, spargelkapsas, ananassi viljades.
Spiraalid. Need vormid on eriti levinud molluskite ja tigude seas. Teadlased jälgivad kosmoses spiraalseid kujundeid, näiteks spiraalgalaktikaid. Spiraali nimetatakse Fibonacci kuldseks lõikeks.
Meanders. Dünaamiliste süsteemide juhuslikkus matemaatikas avaldub looduses sellistes vormides nagu lookled ja voolud. Looduslik geomeetria on katkendliku või pigem kõverjoonelise joonena, näiteks jõevooluna.
Lained. Need tekivad häiretest ja õhu liikumisest, tuulevooludest, mis levivad nii õhu kui ka vee kaudu. Looduses pole need mitte ainult merelained, vaid ka kõrbedüünid, mis võivad moodustada geomeetrilisi kujundeid – jooni, poolkuusid ja paraboole.
Mosaiik. Loodud, korrates pinnal samu elemente. Metsloomade mosaiikgeomeetria on mesilastel: nad ehitavadkärgede taru – korduvad rakud.
Mustrite moodustamine
Bioloogias on geomeetrilise värvi moodustumine tingitud loodusliku valiku protsessist. Veel 20. sajandi keskel suutis Alan Turing kirjeldada loomade värvilaikude ja triipude ilmnemise mehhanismi – ta nimetas seda reaktsiooni-difusiooni mudeliks. Teatud keharakud sisaldavad geene, mida juhivad keemilised reaktsioonid. Morfogeen põhjustab tumeda pigmendiga nahapiirkondade moodustumist (laigud ja triibud). Kui morfogeen esineb kõigis naharakkudes - saadakse pantri värvus, kui see esineb ebaühtlaselt - tavaline täpiline leopard.
