تفسير تكوين «حدبة التفاح»

يعدّ التفاح من أقدم وأشهر أنواع الفاكهة في العالم، لكن هل سبق لك أن فكرت حقاً في شكل التفاحة؟ فالتفاح يعدّ كروياً نسبياً باستثناء تلك الغمازة المميزة في الجزء العلوي، حيث ينمو الساق.
والآن، استخدم فريق من علماء الرياضيات والفيزياء يقوده إل ماهاديفان، من كلية العلوم الهندسية والتطبيقية بجامعة هارفارد الملاحظات والتجارب المعملية والنظرية والحساب لفهم نمو وشكل التفاحة، وتم نشر الدراسة أول من أمس في دورية «نيتشر فيزيكس».
وطوّر ماهاديفان بالفعل نظرية بسيطة لشرح شكل ونمو التفاح، لكن المشروع بدأ يؤتي ثماره عندما تمكن الباحثون من ربط ملاحظات التفاح الحقيقي في مراحل نمو مختلفة مع تجارب استخدام مادة هلامية (جل) لتقليد النمو جنباً إلى جنب مع النظرية والحسابات.
وبدأ فريق البحث بجمع التفاح في مراحل نمو مختلفة من بستان في كلية بيترهاوس في جامعة كمبردج في المملكة المتحدة (الأم لعاشق التفاح المشهور، السير إسحاق نيوتن).
وباستخدام تلك التفاحات، رسم الفريق خريطة نمو الغمازة، أو الحدبة كما أطلقوا عليها، بمرور الوقت، ولفهم تطور شكل التفاحة والجزء العلوي على وجه الخصوص، تحول الباحثون إلى نظرية رياضية طويلة الأمد تُعرف باسم «نظرية التفرد»، وتُستخدم لوصف مجموعة من الظواهر المختلفة، من الثقوب السوداء، إلى المزيد من الأمثلة العادية مثل أنماط الضوء في قاع حوض السباحة.
ويقول توماس مايكلز، الباحث المشارك بالدراسة، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لكلية العلوم الهندسية والتطبيقية بجامعة هارفارد: «الشيء المثير في النظرية هو أنها عالمية، فلا يوجد أي شيء مشترك بين التفاحة وأنماط الضوء في حمام السباحة، أو قطيرة تنفصل عن عمود من الماء، ومع ذلك فإنها تتخذ الشكل نفسه».
ويضيف مايكلز «مفهوم العالمية عميق جداً، ويمكن أن يكون مفيداً للغاية؛ لأنه يربط بين ظواهر فردية لوحظت في أنظمة فيزيائية مختلفة جداً».
وبناءً على هذا الإطار النظري استخدم الباحثون المحاكاة العددية لفهم كيف أن النمو التفاضلي بين قشرة الفاكهة واللب يحرك تشكيل الحافة، ثم قاموا بتأكيد عمليات المحاكاة بالتجارب التي تحاكي نمو التفاح باستخدام مادة هلامية، وأظهرت التجارب أن معدلات النمو المختلفة بين الجزء الأكبر من التفاحة ومنطقة الساق أدت إلى نتوء يشبه الغمازة.