kuvioitumista

Kuvioituminen tarkoittaa prosessia, jossa järjestäytymätön, usein homogeeninen tila muuttuu tilaan, jossa esiintyy säännöllisiä kuvioita tai rakenteita. Tämä ilmiö ilmenee sekä luonnossa että laboratoriossa ja koskee sekä ajallista että tilallista järjestäytymistä. Kuvioituminen perustuu yleensä paikallisiin vuorovaikutuksiin ja itseorganisoituu ilman keskitettyä ohjausta.

Yleisiä mekanismeja ovat reaktiodiffuusio-, mekanis- ja vuorovaikutusprosesseja. Yksi tunnetuimmista on Turingin malli, jossa kahden kemiallisen aineen reaktiot ja erilaiset diffuusionopeudet voivat ajauttaa homogeenisestä tilasta pysyviä kuvioita, kuten raitoja tai pilkkuja. Muita keskeisiä keinoja ovat solujen adhesio-eroihin ja liikkuvuuteen perustuvat järjestelmät, kemotaksia sekä mekaniikan ja jännitysten aiheuttama järjestäytyminen. Lisäksi faasi-eräytyminen ja aineiden diffuusio voivat johtaa kate- ja laikukaisiin kuvioihin. Kuvioituminen voi ilmetä sekä tilan sisällä että ajassa, ja siihen voivat vaikuttaa sekä kemialliset että fysikaaliset voimat sekä biologiset vuorovaikutukset.

Esimerkkejä liittyy moniin aloihin. Biologiassa kuvioituminen näkyy esimerkiksi eläinten ihon ja turkiston kuvioissa sekä kehityksen morfogeneesissä, jossa kudokset ja elimet saavat muodon. Kasveilla kuvioituminen liittyy verisuoniverkostojen sekä lehden ja muiden orgaanisten rakenteiden muodostumiseen. Laboratoriokokeissa tutkijat mallintavat kuvioitumista reaktiodiffuusio- ja vaihe-errostumismallien avulla sekä soveltavat ilmiötä nano- ja materiaalitieteessä itseorganisoituvien rakenteiden luomiseen. Tutkimus taka-ajatuksena on ymmärtää, miten yksittäisten vuorovaikutusten summa tuottaa monimutkaisia järjestäytyneitä kuvioita.