Nezvyčajný tvar lupienkov ruží nie je len pôžitkom pre oči. Vedci veria, že pochopenie ich geometrie by mohlo pomôcť pri navrhovaní materiálov, ktoré sa dokážu samy tvarovať, napríklad v robotike, vo flexibilnej elektronike či v oblasti inteligentných povrchov.
Výrazný tvar okvetných lístkov ruží je v skutočnosti výsledkom geometrického napätia. Zdroj: iStock.com/xphotoz
Voňala by ruža akéhokoľvek iného tvaru rovnako podmanivo? Možno. Tvar ruže je však súčasťou jej krásy. Keď ruža rastie, jej lupene získavajú typický vzhľad. Každý jeden z nich sa vytvaruje do zakriveného kalicha s ostrými hrotmi na okrajoch. Na prvý pohľad ale lupene ruží nemusia byť až také odlišné od lupeňov iných kvetov. Vedci prišli na to, že práve typické zakrivenie lupeňov ruží nie je len estetickým výsledkom biologického rastu, ale prejavom ich geometrickej a fyzikálnej dokonalosti.
Keď ruža počas rastu mení svoj tvar
Väčšina rastlín vytvára svoj tvar tak, že rôzne časti rastú iným tempom. Napríklad okraj listu môže rásť rýchlejšie než jeho stred. To vedie k vnútornému napätiu a vlnitému okraju listov. Tento jav sa nazýva Gaussova inkompatibilita a vidíme ho napríklad pri karafiátoch či hlávkových šalátoch.
Gaussova inkompatibilita je príčinou zvlneného okraja okvetných lístkov niektorých kvetov, ako napríklad tohto klinčeka. Zdroj: iStock.com/Sopaphan Romphongoen
Ruža je však iná. Namiesto jemných vlniek sa okraje jej lupienkov tvarujú do ostrých záhybov a špicov, ktoré vznikajú z dôvodu odlišnej geometrie, javu nazývaného Mainardiho-Codazziho-Petersonova (MCP) inkompatibilita. Tento typ napätia sa netýka len rozdielov v rýchlosti rastu, ale povrchu samotného lupienka, ktorý sa nemôže hladko zakriviť bez deformácií.
Experimenty s ružami
Aby túto záhadu vedci overili, preskúmali skutočné lupienky ruží, umelé plastové modely a pomohli im aj počítačové simulácie. Keď navrhovali umelé lupienky, „zabudovali“ do nich práve MCP inkompatibilitu, ku ktorej dochádza pri prirodzenom raste rastliny. Výsledok? Repliky nadobudli identický tvar, aký majú pravé lupienky ruží. Dokazuje to, že táto geometrická vlastnosť úplne postačuje na vysvetlenie charakteristického tvaru ruže.
Nielen estetická hodnota
Podľa fyzika Suraja Shankara z Michiganskej univerzity, ktorý sa na výskume nepodieľal, ide o krásny príklad toho, ako fyzika a geometria dokážu priniesť nový pohľad na rastlinné pletivá.
Nový objav ukazuje, že forma nie je len výsledok génov či evolúcie, ale aj fyzikálnych zákonov, ktoré riadia rast a geometrické napätie v tkanivách. A nejde pri tom len o krásu či botaniku – môže to mať aj praktické využitie. Inžinieri totiž môžu tieto poznatky implementovať do navrhovania nových materiálov a mechanizmov, ktoré sa samy tvarujú, čo je užitočné napríklad pre soft robotiku či flexibilnú elektroniku.
(KAM)
