Mønsterforming

Mønsterforming, ofte kaldet mønsterdannelse i dansk, beskriver hvordan komplekse rumlige mønstre oppstår i systemer uden ekstern retning eller instruktion. Det forekommer i biologi, kemi, fysik og materialevidenskab og er et eksempel på selvorganisering og emergente egenskaber i stedet for direkte programmering.

En af de mest kendte mekanismer er Turing-mønstre. I en reaktions-diffusionsmodel involverer det mindst to kemiske arter, typisk en activator og en inhibitor, som reagerer og diffunderer med forskellige hastigheder. Diffusionsdifferensen og ikke-lineære reaktioner kan gøre systemet ustabilt og danne stabile mønstre som striber eller pletter. En væsentlig betingelse er at inhibitor diffunderer hurtigere end activator.

Ud over reaktions-diffusionsmekanismer spiller også mekaniske kræfter og celleadfærd en vigtig rolle. Differential adhæsion mellem celler, mekaniske spændinger og kemotaktisk bevægelse kan bidrage til selvorganisering i væv. I naturen ses mønstre i dyrehud, blade og andet væv under udvikling, og i materialer kan lignende principper bruges til at designe selvorganiserende strukturer.

Metoderne til studiet omfatter matematiske modeller og computerbaserede simulationer, ofte baseret på partielle differentialligninger, cellebaserede simuleringer eller agentbaserede tilgange. Betydningen af mønsterforming ligger i forståelsen af udvikling og vækst, i tissue engineering og i design af funktionelle materialer, hvor man i stigende grad søger at kontrollere mønsterdannelse.