森林打破了自然界中令人著迷的法則

分形的美妙之處，自我重復的模式遍布自然界，是他們無限深邃的迷人重復。

放大在蕨類植物葉子和雪花等物體中發現的分支，你會看到它們以微型形式重復出現——有時一直到原子和量子物質.

盡管它們令人著迷，但這種幾何圖案也有其局限性。根據一項新的研究，該研究發現森林樹冠不會復制單棵樹的分形模式。

鑒于分形在自然界中似乎很常見，布里斯托大學的生物學家Fabian Fischer和Tommaso Jucker想要測試分形模式可以解釋森林冠層如何組織的想法。

他們認為，如果分形模式從一棵樹的小樹枝和葉子延伸到整個森林樹冠，它可以幫助生態學家使用簡單的數學語言描述復雜的景觀。

“從科學上講，這種自相似性具有吸引人的特性，它允許你使用一些非常簡單的規則和數字來描述一個看似復雜的物體。解釋費舍爾。

如果森林冠層表現得像分形，那么Fischer和Tommaso認為，也許他們可以利用這種涌現特性來量化森林生態系統的復雜性，使他們能夠直接比較世界森林的結構差異。

“冠層結構的復雜性是森林生態系統的一個關鍵新興屬性，與它們儲存碳、循環水和養分以及為生物多樣性提供棲息地的能力直接相關，”兩人在他們的論文中寫道.

一些幾十年的研究有指向證據分形圖案，但僅限于斑駁或受火災影響的森林，因此尚不清楚這是否反映了森林景觀的真實屬性。

最近的分析模型也試圖計算森林的結構復雜性，以了解什么條件產生更復雜的生態系統.

為了進行調查，Fischer和Tommaso從澳大利亞九種截然不同的森林類型中收集了機載激光調查的數據，從干燥的灌木叢和熱帶稀樹草原到茂密的熱帶雨林和高聳的山灰(桉樹（Eucalyptus regnans）） 森林。這九個地點，每個地點的面積為5平方公里，降雨量差異很大，結構也很大。

通過每次激光掃描，研究人員建立了森林樹冠的高分辨率模型，以了解這些地點與分形縮放的緊密程度。

分析發現，完全沒有仔細：九個樹冠部分中沒有一個表現得像單個樹冠之外的分形。

然而，森林的特征以及它們如何偏離分形模式存在一定的可預測性，這可能仍然有助于生態系統比較。例如，較高、較濕潤的森林比較短、較干燥的生態系統表現出更高程度的自相似性。

“我們發現森林冠層不是分形的，但它們在偏離分形的方式上非常相似，無論它們處于哪個生態系統中，”說費舍爾。

“這太令人驚訝了，”他添加，“所有森林樹冠在偏離真實分形的方式上是多么相似，以及偏差如何與樹木的大小以及它們的環境有多干燥有關。

下一步，研究人員希望比較全球更廣泛的森林生態系統，并及時查看多次掃描，以了解森林結構如何發展。

雖然認為我們可以用幾個數學術語來解釋自然的復雜性可能是件好事，但森林很可能被證明是不守規矩的生態系統，從它們的樹冠上看，它們違背了數學定律一直到他們的細胞.這其中也有一些美麗的東西。

該研究已發表在生態學雜志.

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