La cosa bella dei frattali, i modelli autoripetibili presenti in tutta la natura, è la loro affascinante ripetizione che si estende a una profondità infinita.
Ingrandisci le ramificazioni trovate in oggetti come fronde di felci e fiocchi di neve e vedrai che sono replicate in miniatura, a volte fino alla materia atomica e quantistica.
Sebbene affascinanti, questi motivi geometrici possono avere i loro limiti. Secondo un nuovo studio, le chiome delle foreste non replicano i modelli frattali dei singoli alberi.
Considerando quanto siano comuni i frattali in natura, i biologi dell’Università di Bristol Fabian Fischer e Tommaso Joker hanno voluto testare l’idea che i modelli frattali potrebbero spiegare come sono organizzate le chiome delle foreste.
Credevano che se i modelli frattali si estendessero dai piccoli rami e foglie di un singolo albero alla chioma di un’intera foresta, ciò potrebbe aiutare gli ecologisti a descrivere paesaggi complessi utilizzando un semplice linguaggio matematico.
“Scientificamente parlando, questa auto-somiglianza ha una proprietà attraente che ti permette di descrivere un oggetto apparentemente complesso utilizzando regole e numeri molto semplici.” Lui spiega Pescatore.
Se le chiome delle foreste si comportassero come frattali, Fisher e Tommaso pensavano che avrebbero potuto utilizzare questa proprietà emergente per quantificare la complessità degli ecosistemi forestali, consentendo loro di confrontare direttamente le differenze strutturali nelle foreste del mondo.
“La complessità strutturale della chioma è una proprietà chiave emergente degli ecosistemi forestali che è direttamente collegata alla loro capacità di immagazzinare carbonio, riciclare l’acqua e i nutrienti e fornire habitat per la biodiversità”, hanno affermato i due. Scrivi sul loro giornale.
Pochi Studi vecchi di decenni Possiede Ha indicato le prove di modelli frattali, ma solo in foreste irregolari o danneggiate dal fuoco, quindi non è chiaro se ciò rifletta una vera caratteristica dei paesaggi forestali.
I modelli analitici più recenti hanno anche tentato di tenere conto della complessità strutturale della foresta per comprenderla Quali sono le condizioni Dà origine a ecosistemi più complessi.
Per indagare, Fisher e Tommaso hanno compilato dati provenienti da rilievi laser aerei di nove tipi molto diversi di foreste in Australia, che vanno da arbusti secchi e savane tropicali a fitte foreste pluviali e fitte foreste pluviali. Cenere di montagna alta (Eucalipto regnans) Foreste. I nove siti, ciascuno con una superficie di 5 km2, variavano ampiamente in termini di precipitazioni ed erano molto diversi nella struttura.
Da ogni scansione laser, i ricercatori hanno costruito modelli ad alta risoluzione della volta forestale per vedere con quanta precisione le posizioni seguivano la scala frazionaria.
L'analisi ha rilevato che non è affatto così: nessuna delle nove sezioni della chioma si comportava come frattali all'esterno delle chiome dei singoli alberi.
Tuttavia, c’era una certa prevedibilità nei tratti della foresta e nel modo in cui si discostavano dal modello frattale, il che potrebbe essere comunque utile per i confronti degli ecosistemi. Ad esempio, le foreste più alte e più umide hanno mostrato un grado più elevato di autosomiglianza rispetto agli ecosistemi più bassi e più secchi.
“Abbiamo scoperto che le chiome delle foreste non sono frattali, ma sono molto simili nel modo in cui si discostano dal frattale, indipendentemente dall’ecosistema in cui vivono”. Lui dice Pescatore.
“È stato sorprendente”, ha detto. Ha aggiunto“Quanto simili erano tutte le chiome delle foreste nel modo in cui si discostavano dai veri frattali, e come le deviazioni erano legate alle dimensioni degli alberi e a quanto fosse secco il loro ambiente.”
Come passo successivo, i ricercatori vogliono confrontare un’ampia gamma di ecosistemi forestali in tutto il mondo ed esaminare più scansioni nel tempo per vedere come si è evoluta la struttura forestale.
Anche se può essere bello pensare di poter spiegare la complessità della natura utilizzando alcuni termini matematici, le foreste potrebbero rivelarsi ecosistemi indisciplinati che sfidano le leggi matematiche, dalle loro chiome alle loro cellule. E c'è qualcosa di bello anche in questo.
Lo studio è stato pubblicato in Giornale di ecologia.
