Как природа рисует узоры

После моего возвращения с Маврикия в Москву, на полке шкафа появился новый любимый предмет — ракушка текстильного конуса. Мы о подобных монстрах уже с вами говорили: этот моллюск способен не только охотиться на рыбу, но даже убить человека одним своим дротиком — яда в нем хватит человек на 500 вообще-то. Живет он в наших с вами любимых местах: на Сейшелах, Маврикии, в Египте, на Занзибаре, Мальдивах и черт знает где еще. Но интересен он, конечно, не только страшными байками. Уже через неделю мы с Софией будем в экспедиции на Сейшелах, так что самое время поговорить об очередном чуде природе — узоре текстильного конуса.

Вот эти замысловатые треугольники на панцире гипнотизировали ученых ни одно поколение. Но теперь мы этот эффект называем клеточным автоматом. Это математическая модель, которая описывает, как сложные структуры и узоры могут вырастать из простых правил. Основной вклад в создание концепции внес Стивен Вольфрам. Он вообще уникальный персонаж. Как-то он писал научную статью, отвлёкся, чтобы поиграться с цифрами, а в итоге на пару дней залип, глядя, как какие-то клетки бегают по экрану. Вот так из случайной прокрастинации появилась целая теория.

Чтобы было проще понять, как она работает, представьте, что у нас есть ряд клеток, одни чёрные, другие белые (например, начальная строка узора). Мы используем правило: «Если у клетки среди соседей одна чёрная и одна белая, она белеет, а если все соседи чёрные — клетка заполняется, становится чёрной». Мы применяем это правило снова и снова, линия за линией. В итоге вроде бы примитивное правило начинает создавать замысловатые рисунки. Каждое новое поколение клеток зависит от состояния предыдущего ряда. Я вам в галерею положил несколько картинок, демонстрирующих, что в итоге получится. И такие правила могут быть разными, но принцип их применения один и тот же.

Теперь посмотрим снова на раковину текстильного конуса. Его узоры — это результат химических сигналов, распространяющихся внутри клеток его ткани. По сути, поведение этих клеток очень похоже на клеточный автомат — клетки меняют своё состояние в зависимости от соседей. В моллюске это соседство задаётся не шахматной доской, а биологически — уровнем содержания определённых веществ. Но логика та же — простые локальные правила порождают сложный красивый узор, который развивается со временем.

И что самое удивительное: исследователи могут программировать клеточные автоматы так, чтобы они рисовали узоры, схожие с теми, что образуются на раковинах моллюсков. Это помогает не только понять, как такие узоры возникают в природе, но и применить этот принцип в искусстве. Например, на последнем фото — художник Кейси Риз, который положил клеточный автомат в основу своих инсталляций. Есть вообще целое направление — Генеративное искусство. Примеров, применения автомата человеком — полно. Осознанных или интуитивных. И больше всего, конечно, в текстиле. Собственно, моллюску дали свое название ровно поэтому — хотя теории клеточного автомата тогда еще не существовало.

Если вам интересно вчитаться еще глубже в суть вопроса, то Википедия вполне неплохо все объясняет. А по этой ссылке вы найдете книгу самого Вольфрама. В общем, уже через неделю мы вылетаем туда, где на это чудо природы можно посмотреть живьем, хотя от ядовитых дротиков будем держаться подальше.