procesom tieto žilnaté siete vznikajú? Tak sa pýtajú dnešní fyzici a dochádzajú k zaujímavým záverom.
Pozorovanie listových žiliek patrí k bežnej práci botanika. Ich kresba je jedným z kľúčov k určovaniu druhu listu v herbároch. Dávno vyhynuté rastliny sa dajú skúmať tiež iba podľa odtlačkov ich listov vo fosílnych nálezoch. V sedemdesiatych rokoch minulého storočia zaviedol americký paleobotanik Leo Jockey terminológiu pre odlišné typy žilnatín. Otázky fyzikov nie sú v tomto prípade rovnaké ako tie, ktoré si kladú botanici. Zatiaľ čo botanici hľadajú odlišnosti, fyzici naopak pátrajú po spoločných rysoch. Existuje v žilnatej sieti nejaká pravidelnosť? Akým spôsobom sa vytvára? Problém je, že o fyziológii rastu listových žiliek sa toho vie zatiaľ veľmi málo. Isté je, že v počiatočnej fázy sú bunky vnútorného tkaniva listov, tzv. mezodermu, všetky totožné a až potom, ako list rastie, diferencujú sa niektoré z nich na zvláštne druhy tkaniva, nazývané prokambium, čo je predchodca neskorších žiliek. Kresba listových žiliek pripomína fraktál, členitý geometrický útvar, ktorého základný motív sa opakuje v nekonečne mnohých veľkostiach. Klasickým príkladom fraktálu je napríklad snehová vločka.
Fyzici šli ešte ďalej. Všimli si podivuhodné vizuálne analógie. Usporiadanie listových žiliek sa nápadne podobá tvaru prasklín, aké sa objavujú na starých obrazoch, keramickej glazúre alebo na veľmi vysušenej pôde. Vysušením ľadu na skle sa im podarilo s neuveriteľnou presnosťou napodobniť rôzne kresby žiliek charakteristických pre rastlinný svet. Tým sa dostali opäť o kus ďalej v pochopení princípu vytvárania listových žilnatín. Tvorba prasklín je pre fyziku známym javom: ako ľad schne, jeho povrch má tendenciu sa zmršťovať, ale je zadržovaný adhéznymi silami, ktoré ich pridržujú na skle. Výsledkom je vzrastajúce rovnomerné napätie vo vnútri ľadu. Keď napätie prekročí určitú hranicu, objaví sa prvá prasklina, ktorá ho uvoľní kolmo k svojmu smeru.Pokiaľ sa vytvorí ďalšia prasklina, šíri sa tak, že uvoľní maximálne množstvo napätia a narazí do prvej praskliny v pravom uhle. Postupne týmto mechanickým uvoľňovaním vznikne celá sieť prasklín. Vzhľadom k zarážajúcej podobnosti sa dá usudzovať, že rovnaký proces funguje aj pri vzniku listových žiliek.
Znamená to, že žilky vznikajú v poli nejakého napätia. Čo ale môže byť jeho príčinou? Fyzici prišli na to, že vnútorný mezoderm je počas rastu listu čím ďalej stlačenejší, a tak vznikajú podobné mechanické podmienky ako pri vyschýnaní ľadu. Podľa ich hypotézy z týchto mechanických podmienok vzniká už zmienené prokambium.
Ani táto analógia však nie je dokonalá. Zatiaľ čo praskliny v ľade spolu vždy zvierajú pravý uhol, uhly pozorované na povrchu listov sú rôzne. Pomocou počítačového modelu, ktorý previedol žilnatinu listu na dokonalú geometrickú sieť, vyšlo najavo, že tvar rozbiehajúcich sa žiliek nie je rovnaký, ale riadi sa vždy rovnakým pravidlom. V mieste rozvetvenia každá žilka pôsobí svojím smerom silou priamo úmernou svojej dĺžke. Uhly medzi jednotlivými žilkami zodpovedajú stavu rovnováhy v tomto "preťahovaní" sa síl. A objavila sa aj ďalšia analógia. Tentoraz šlo o mydlové bubliny. Uhly medzi jednotlivými stenami na seba prilepených bublín majú všetky 120 stupňov a sú výsledkom rovnakého javu ako u preťahovaní žiliek. V mieste spojenia stien pôsobia tri rovnako veľké sily, ktorých výsledkom je presne tento charakteristický uhol. Zatiaľ čo u praskaní ľadu vznik novej praskliny nijak nezmení tie staré, sieť mydlových bublín je neustále v pohybe a mení tvar so vznikom ďalšej bubliny. Zdá sa, že spletitá listová žilnatina sa tvorí tiež neustálym preorganizovaním žiliek v závislosti na pôsobení síl a uhlov.
Podobajú sa listové žilky prasklinám v ľade alebo mydlovým bublinám? Pravda bude niekde uprostred. Vznikajúca žilnatá sieť je zrejme pod vplyvom určitého globálneho napätia a zároveň na ňu pôsobia lokálne sily ako v prípade bublín. Kresba teda nie je určená vopred, ale je výsledkom súbežnej existencie týchto dvoch javov. Prvý z nich vytvára medzi žilkami prísnu hierarchiu a druhý necháva sieť, aby sa neustále znovu formovala podľa potreby. Systém samoorganizovania žilnatiny listov by mohol byť zdrojom inšpirácie, pretože siete sú v dnešnej spoločnosti všadeprítomné. Ako napríklad optimalizovať prúdenie elektriny v elektrickej sieti? Alebo pohyb vozidiel v sieti ciest? Alebo dokonca obeh informácii v internetovej sieti?
Autor: SCI/iká
Najdôležitejšie správy z východu Slovenska čítajte na Korzar.sme.sk.
