Fra tænder til torne: Tilfældigheder skaber universel form på naturens spidser

Når slid former spidser

For at teste hypotesen om mekanisk slid udførte Kaare Hartvig Jensen og hans forskerkollegaer et simpelt, men effektivt eksperiment. En håndfuld spidsede blyanter blev lagt på en tallerken oven på en rystemaskine, hvor de i 4,5 time blev rystet rundt og konstant kolliderede med hinanden - som var de små gladiatorer i en arena.

Derudover bar forskerne også blyanter rundt i en lille æske i lommen, igen for at udsætte dem for tilfældelige sammenstød og bevægelser. Det var ikke kun praktisk, men også et bevidst valg. Forsøget skulle være let at relatere til – og i princippet noget, man selv kunne gå rundt med i lommen og observere.

Blyanterne fungerer som en såkaldt biomimetisk model – det vil sige at deres spidser efterligner naturlige strukturer som tænder, torne og brodde. Specifikt repræsenterer de en 'ubrugt' spids, som man ser det i f.eks. unge dyrs tænder.

Og resultatet er bemærkelsesværdigt. For uanset hvor skarpe blyanterne var til at begynde med, udviklede deres spidser, som et resultat af kollisionerne, den samme afrundede parabelform. En form, der ellers ofte er blevet forklaret som et resultat af evolution.

“Det peger på noget mere grundlæggende: At tilfældige processer i sig selv kan føre til en universel form. Parablen er en stabil form på tværs af skalaer, fra en torn til en elefants stødtand. At det samtidig er den form, der er bedst til at bide, stikke eller rive, ser ud til i virkeligheden at være en tilfældighed. Spidserne er altså ikke nødvendigvis designet perfekte fra starten – de bliver det gennem tilfældigt slid,” siger Kaare Hartvig Jensen

Stenalderværktøj og grankogler

Projektet er en del af et større forskningsarbejde støttet af Villum Fonden, som undersøger såkaldt biologisk morfogenese – altså hvordan organismer udvikler deres former. Ideen til projektet opstod i forlængelse af dette arbejde. Målet for forskerne er i sidste ende at forstå, hvilke mikroskopiske mekanismer – helt ned på atomart niveau – der kan give ophav til de mønstre, man observerer i naturen.

I fremtiden håber forskerne at kunne undersøge biologiske spidser mere direkte i laboratoriet. I modsætning til blyanter er naturlige strukturer nemlig sjældent homogene eller isotrope – det vil sige, at de ikke er ens i alle retninger. En elefants stødtand har f.eks. en hård, kompakt yderside, mens strukturen indeni er blødere og mere kompleks med mikroskopiske kanaler.

Blyanteksperimentet viser dog, at slid efterlader målbare spor i formen, hvilket gør det muligt at udlede information om, hvordan et objekt er blevet brugt. I arkæologiske sammenhænge, hvor det kan være vanskeligt at rekonstruere brugen af f.eks. stenværktøj, kan sådanne spor være afgørende.

“Ved at analysere slidsmønstre og graden af afrunding kan vi begynde at kvantificere brugen – ikke bare observere den. Vi kan sige noget om, hvor meget et værktøj er blevet brugt, og hvad det er blevet brugt til. På den måde kan selv små ændringer i en spids form give indblik i en genstand eller organismes liv,” siger Kaare Hartvig Jensen.

Derudover giver forsøget anledning til at reflektere over, hvor stor en rolle fysiske og tilfældige processer spiller i naturen.

“Naturen kan udnytte fysiske processer. Et godt eksempel er grankoglen: Når den er våd, er den lukket sammen, men når den tørrer, åbner den automatisk og spreder sine frø. Det er ikke en aktiv biologisk proces, men en fysisk effekt drevet af fugt og tørring. Det viser, at ikke alt i naturen styres af gener og proteiner. Nogle gange er tilfældige og fysiske processer både afgørende og funktionelle – og det er vidunderligt at se, hvordan selv tilfældige processer kan være en fordel,” siger Kaare Hartvig Jensen.