A razão pela qual os padrões geralmente aparecem na natureza é simples: os mesmos processos físicos ou químicos básicos ocorrem em muitas substâncias e organismos padronizados à medida que se formam. Seja em plantas e animais ou rochas, espumas e cristais de gelo, os intrincados padrões que acontecem na natureza se resumem ao que está acontecendo no nível de átomos e moléculas.
Um padrão na natureza é qualquer arranjo repetido regularmente de formas ou cores. Alguns dos exemplos mais marcantes incluem os arranjos hexagonais de rochas na Calçada dos Gigantes, no Reino Unido, os belos arranjos fractais de floretes em um brócolis Romanesco e as listras e manchas coloridas em peixes tropicais.
Padrões como esses começam a se formar em pequena escala quando os materiais passam por processos como secagem, congelamento, enrugamento, difusão e reação. Essas mudanças dão origem a padrões complexos em uma escala maior que as pessoas podem ver.
Padrões em gelo e rocha
Imagine delicados cristais congelados em uma vidraça durante um dia frio. O que cria esse padrão?
Quando a água congela, suas moléculas começam a se agrupar. As moléculas de água têm uma forma dobrada particular que as faz empilhar em aglomerados em forma de hexágonos à medida que congelam.
À medida que o aglomerado cresce, muitos fatores externos, incluindo umidade e temperatura, começam a afetar sua forma geral. Se a água estiver congelando em uma vidraça, por exemplo, pequenas imperfeições aleatórias na superfície do vidro redirecionam o empilhamento e criam o padrão maior.
Esse mesmo processo de empilhamento de moléculas é responsável pela impressionante variedade de formas de flocos de neve.
E os padrões incríveis das colunas de basalto na Calçada dos Gigantes? Estes se formaram de 50 a 60 milhões de anos atrás, quando a lava – fluido rochoso quente do subsolo profundo – subiu à superfície da Terra e começou a perder calor. O resfriamento fez com que a camada superior de basalto se contraísse. As camadas mais profundas e quentes resistiram a esse puxão, criando rachaduras na camada superior.
À medida que a lava esfriava, as rachaduras se espalhavam cada vez mais fundo na rocha. As qualidades moleculares particulares do basalto, bem como a física básica de como os materiais se separam – leis da física universais para todas as substâncias na Terra – fizeram com que as rachaduras se encontrassem em certos ângulos para criar hexágonos, muito parecido com o empilhamento de moléculas de água.
Eventualmente, o basalto de resfriamento quebrou nas colunas de rocha em forma de hexágono que ainda criam um padrão tão impressionante milhões de anos depois.
Padrões em animais
A criação de padrões complexos em organismos vivos também começa com mecanismos simples no nível molecular. Um importante processo de criação de padrões envolve a maneira como os produtos químicos em difusão reagem uns com os outros.
Imagine como uma gota de corante alimentar se espalha em um copo de água – isso é difusão.
Em 1952, o matemático inglês Alan Turing mostrou que um produto químico se espalhando dentro de outro químico pode levar à formação de todos os tipos de padrões na natureza.
Os cientistas provaram que esse processo reproduz os padrões das manchas de um leopardo, as listras de uma zebra e muitas outras marcas de animais.
O que torna essas marcações consistentes de geração em geração? À medida que as espécies animais evoluíram, essas reações químicas evoluíram com elas e se tornaram parte de seus códigos genéticos. Isso pode ser porque as marcações os ajudaram a sobreviver. Por exemplo, as listras de um tigre o camuflam enquanto caça em uma floresta ou pastagem, tornando mais fácil surpreender e capturar sua presa.
No entanto, os pesquisadores ainda estão trabalhando nos detalhes de quais produtos químicos específicos estão envolvidos.
Os cientistas nem sempre sabem o propósito de um padrão, ou mesmo se existe um. Os processos moleculares envolvidos são simples o suficiente para que coincidentemente possam gerar um padrão.
Por exemplo, no trabalho da minha equipe de pesquisa estudando grãos de pólen de plantas, vimos uma enorme variedade de padrões, incluindo picos, listras e muito mais.
Ainda não entendemos por que uma planta produz um padrão de pólen específico em vez de outro. Qualquer que seja o uso final que este e outros padrões na natureza possam ter, sua variedade, complexidade e ordem são surpreendentes.
Fonte: The Conversation / Maxim Lavrentovich
Tradução: Redação Ambientebrasil / Maria Beatriz Ayello Leite
Para ler a reportagem original em inglês acesse: https://theconversation.com/why-does-nature-create-patterns-a-physicist-explains-the-molecular-level-processes-behind-crystals-stripes-and-basalt-columns-186433
