ظهور بنى مكانية منتظمة من عمليات طبيعية، مثل تأثير الصقيع.تشكّل الأنماط هو دراسة كيفية ظهور بنى مكانية منتظمة تلقائيًا من العمليات الطبيعية. من الأمثلة على ذلك الأنماط السداسية الناتجة عن ارتفاع الصقيع في التربة، وخطوط الحمار الوحشي، وتموجات الكثبان الرملية، والبقع على الفهد. في الفيزياء والكيمياء، ينشأ تشكّل الأنماط غالبًا من تفاعل الانتشار والتفاعلات غير الخطية، كما يصفها مبدأ تورينغ. وهو يفسر كيف يمكن لقواعد محلية بسيطة أن تنتج نظامًا عالميًا معقدًا دون مخطط مسبق.
وضع آلان تورينغ الأساس في عام 1952 من خلال بحثه حول الأساس الكيميائي للتخلق الشكلي، مقترحًا أن الانتشار يمكن أن يزعزع استقرار الحالة المنتظمة وينتج أنماطًا. في وقت سابق، اكتشف العالم الروسي بوريس بيلوسوف في الخمسينيات تفاعلًا كيميائيًا يتذبذب تلقائيًا ويشكل موجات، يُعرف الآن بتفاعل بيلوسوف-جابوتنسكي.
تنشأ الأنماط عادةً عندما يُدفع النظام بعيدًا عن التوازن، مما يسمح للتقلبات الصغيرة بالنمو والاستقرار إلى بنى منتظمة. في أنظمة الانتشار-التفاعل، يمكن للمنشط الذي يعزز النمط والمثبط الذي يثبطه أن ينتجا موجات ثابتة من التركيز، مما يؤدي إلى خطوط أو بقع. في الأنظمة الفيزيائية مثل تجمد الماء، يؤدي إطلاق الحرارة الكامنة وحركة الماء عبر المسام إلى تكوين عدسات جليدية منتظمة تدفع التربة إلى تلال منقوشة. المفتاح هو التوازن بين حلقات التغذية الراجعة المثبتة والمزعزعة للاستقرار.
تُستخدم مبادئ تشكّل الأنماط في علم المواد لإنشاء أسطح دقيقة البنية، وفي علم الأحياء لفهم التطور الجنيني، وفي علم البيئة للتنبؤ بأنماط الغطاء النباتي في المناطق القاحلة.
النموذج الرياضي نفسه الذي يفسر خطوط الحمار الوحشي يصف أيضًا تشكّل تموجات الرمال تحت الماء، مما يُظهر أن تشكّل الأنماط ظاهرة عالمية عبر أنظمة مختلفة جدًا.
