Удивительная геометрия лепестков может вдохновить на создание новых самоформующихся материалов
Разве роза любой другой формы пахла бы так же сладко? Может быть. Тем не менее, форма розы — это часть ее красоты, и именно поэтому эти цветы так привлекают ученых.
По мере роста лепестки розы приобретают особую форму. Каждый из них образует изогнутую чашечку с выступами, называемыми остриями. На первый взгляд, эти лепестки могут не сильно отличаться от лепестков других цветов. Но теперь ученые обнаружили, что математически форма лепестка розы отличается от формы лепестка других цветов.»Чтобы понять, как лепесток приобретает свою форму, нужно понимать математику, лежащую в его основе», — говорит Эран Шарон. Он физик из Еврейского университета в Иерусалиме, Израиль. Он был частью команды, которая работала над новым исследованием.Шэрон и его коллеги сообщили 1 мая в журнале Science, что форма розы возникает из-за того, что цветок “расстраивается” по мере роста. Это открытие может вдохновить инженеров на разработку новых самоформирующихся материалов для роботов и электроники.
Не такой, как другие цветы
Большинство прочных конструкций формируются под воздействием внешних факторов. Представьте себе здание. При строительстве инженерам приходится использовать опоры и добавлять такие материалы, как бетон.Растения, напротив, формируются сами по себе. Но то, как растение растет естественным образом, не всегда допускается законами физики, — говорит Майкл Моше. Соавтор работы, он также физик из Еврейского университета в Иерусалиме.
Когда какая-то сила мешает растению вырасти в желаемую форму, это называется несовместимостью. И это может вызвать стресс у растений.
Многие растения обладают так называемой гауссовой несовместимостью. Это явление названо в честь математика 19-го века, который его открыл: Карла Фридриха Гаусса. Эта несовместимость возникает, когда разные части растения растут с разной скоростью. Это может быть связано с тем, что края листа растут быстрее, чем его серединка. Лепестки цветов гвоздики и некоторые семенные коробочки уменьшают это напряжение, образуя волнистый край.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1030" height="929" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation.jpg " alt="фотография цветущей белой гвоздики на черном фоне" class="wp-image-3159446" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation.jpg 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation-425x383.jpg 425 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation-499x450.jpg 499 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation-206x186.jpg 206 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation-768x693.jpg 768 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation-643x580.jpg 643 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_carnation-860x776.jpg 860 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1030 пикселей) 100 Вт, 1030 пикселей" />
В прошлом ученые предполагали, что форма розы возникла таким же образом. Но острые края лепестков роз выглядят совсем не так, как гладкие оборки гвоздик. Поэтому Шарон, Моше и их коллеги заподозрили, что здесь замешана какая-то другая геометрия.
“Вырезав маленькие дольки из [лепестков розы] и посмотрев на них в их непринужденной форме, вы можете сделать вывод, какой [формы] они хотят быть”, — объясняет Шэрон.
“Когда мы сделали это … требования Гаусса были выполнены”, — говорит он. То есть, предпочтительный способ роста лепестков роз не привел бы к тем же типам стресса, которые наблюдаются у растений с несовместимостью по Гауссу.
Итак, чем обусловлена характерная форма лепестка розы?
Остановитесь и изучите розы
Чтобы разгадать эту тайну, команда провела несколько экспериментов. Они исследовали настоящие лепестки роз, пластиковые копии и компьютерные модели лепестков. Они обнаружили, что другой тип несовместимости лучше объясняет форму розы. Это называется несовместимостью MCP (в честь Майнарди-Кодацци-Петерсона).
В отличие от типа Гаусса, этот тип зависит в основном от кривизны формы. Лепесток розы не сохраняет плавную кривизну по всей своей поверхности. В результате лепесток, растущий на розе, не может сохранять плавную форму, не разрываясь и не сгибаясь. Эта несовместимость с MCP приводит к возникновению очень специфических точек напряжения.
На лепестках роз это напряжение выражается в образовании острых складок в виде выступов.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1030" height="553" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_petals.jpg " alt="композиция из двух фотографий, на которых слева изображен настоящий лепесток розы, а справа - искусственный" class="wp-image-3159447" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_petals.jpg 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_petals-680x365.jpg 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_petals-800x430.jpg 800 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_petals-330x177.jpg 330 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/09/1030_rose_petal_geometry_petals-768x412.jpg 768 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1030 пикселей) 100 Вт, 1030 пикселей" />
Чтобы подтвердить это, исследователи разработали точные копии лепестков, в которые была встроена эта несовместимость . Они приобрели точную форму настоящих лепестков роз. “Оказалось, что [MCP] вполне достаточно для объяснения формы”, — говорит Шэрон.По словам Сураджа Шанкара, это “прекрасный пример” того, как физика и геометрия могут дать представление о живых тканях. Он не принимал участия в исследовании. Однако он изучает физику в Мичиганском университете в Анн-Арборе.Новая работа также может найти применение за пределами понимания живых организмов, добавляет он. Способность роз к самоформованию может послужить источником вдохновения для создания мягких роботов и гибкой электроники.“Трудно предсказать, какие конкретные приложения появятся в будущем”, — говорит Бенни Давидович. Он физик из Массачусетского университета в Амхерсте. “Весьма вероятно, что помимо эстетической ценности этой работы, — говорит он, — у нее будут и практические применения”.
В конечном счете, эта работа также показывает, насколько интересной может быть геометрия, — говорит Моше, — и как она может появляйтесь в самых неожиданных местах. “Я думаю, что геометрия привлекательна, потому что вопросы интуитивно понятны”, — говорит Моше. «Но часто последствия оказываются удивительными и прекрасными».
А вы у вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Отправьте свой вопрос здесь, и мы, возможно, ответим на него в следующем выпуске Science News Explorers
