Rostliny se samy organizují ve „skrytém pořádku“, což je ozvěna vzoru nalezeného napříč přírodou
Vědci odhalili „skrytý řád“ v suchých oblastech po celé planetě, kde rostliny sledují neuspořádanou hyperuniformitu – uspořádání, které zblízka vypadá náhodně a neuspořádaně, ale při pohledu z dálky se drží jasného vzoru.
Zjištění vysvětlují jevy jako „tygří keř“ v západní Africe, kde pásy rostlin vypadají shora jako tygří pruhy, nebo „pohádkové kruhy“ v Namibii, které vypadají jako skvrny z dálky, ale ve skutečnosti jsou to shluky rostlin. Tyto rostliny se samy organizují způsobem, který jim pomáhá vyrovnat se se suchem a fungovat v extrémních podmínkách.
V nové studiumpublikoval 7. října v časopise PNAS, výzkumníci se podívali na satelitní snímky více než 400 suchých oblastí po celém světě a matematicky analyzovali prostorové vzory rostlin v těchto krajinách. Zjistili, že ačkoli distribuce rostlin může na zemi vypadat neuspořádaně, z leteckého pohledu 10 % suchých oblastí sleduje hyperuniformní vzor – což ukazuje, že tento jev není jen raritou, ale rozšířeným rysem mnoha suchých ekosystémů.
Tento vzorec je pravděpodobně výsledkem intenzivní soutěže o vzácné zdroje, řekl Liu. Uspořádání tímto hyperuniformním způsobem může rostlinám pomoci přežít s omezeným množstvím vody. Pokud by byly příliš blízko u sebe, jednotlivé rostliny by soupeřily o vodu, ale příliš daleko od sebe by ponechaly mezery pro invazi jiných druhů rostlin, takže tento vzorec umožňuje správnou rovnováhu pro suchý ekosystém.
Postupem času se vegetace pomalu organizuje do neuspořádaného hyperuniformního stavu formovaného touto rovnováhou. „Je to skvělá, vznikající strategie, jak maximalizovat využití zdrojů a minimalizovat konkurenční konflikty pro celou komunitu,“ řekl Liu.
Související: „Musí se to stát rychle“: Vědci závodí o kryokonzervaci kriticky ohroženého stromu, než vyhyne
Chemici nejprve definovali neuspořádanou hyperuniformitu v roce 2000. Pozorovali atomy neuspořádané do krystalického pevného vzoru (vysoce organizovaná mřížka) nebo kapalného či plynového vzoru (mnohem méně organizovaného a náhodného). Místo toho byly uspořádány neuspořádaným hyperuniformním způsobem, což mu dávalo výhody organizovaného systému, ale s větší flexibilitou.
Vědci tento vzorec stále více identifikovali v celém přírodním světě, od atomového měřítka až po celý galaxií. Tyčinky a čípky v ptačích očích jsou organizovány hyperuniformním způsobem a některé řasy plavou v hyperuniformních vzorcích.
Dříve byl také pozorován u rostlin – včetně v sítě listových žilekJiao práce ukazuje.
„Z těchto biologických systémů, které jsou optimalizovány mnoha lety evoluce a přírodního výběru, se můžeme hodně naučit,“ Yang Jiaoinženýr z Arizonské státní univerzity, který se na výzkumu nepodílel, řekl Live Science. „Výsledky mě nepřekvapují. Podobně jako to, co ukazujeme u vzorů listů, pokud je prostředí drsné, systém se více přizpůsobí optimálním hyperuniformním stavům,“ dodal.
Tato optimální rovnováha však ztěžuje, aby se ekosystém zotavil z lidského narušení, jako je změna klimatu, invazivní druhy nebo infrastruktura.
„Cesty a příkopy fungují jako jizvy, které přerušují tok vody,“ řekl Liu. „Jakmile jsou tyto gradienty narušeny, ‚skrytý řád‘ se zhroutí. Tímto způsobem může ztráta hyperuniformity sloužit jako citlivé včasné varovné znamení – signál, že ekosystém začíná být stresovaný a ztrácí přirozenou odolnost, kterou tento skrytý řád poskytuje.“
Liuův tým nyní plánuje hledat skryté řády v dalších extrémních ekosystémech, včetně těch mimo Zemi. Analýza NASAZjistili to snímky kráteru na Marsu z vozítka Curiosity oblázkové shluky na písku vykazují stejnou neuspořádanou hyperuniformitu jako suchozemské rostliny na Zemi, poháněné nikoli biologií, ale fyzickými silami, jako je vítr, pohyb písku a gravitace.
„To, že se stejný geometrický princip objevuje v tak odlišných systémech, naznačuje, že neuspořádaná hyperuniformita je univerzálním řešením problému balení a efektivity pod omezeními,“ řekl Liu, „ať už jsou ‚částicemi‘ rostliny, oblázky nebo buňky.“
