La natura è un mosaico di ripetizioni sorprendenti, dove spesso le parti più piccole sembrano replicare le forme di quelle più grandi. Questo fenomeno, noto come frattalità, è stato a lungo ipotizzato come una proprietà emergente condivisa da molti sistemi naturali. Tuttavia, uno studio recente condotto dall’Università di Bristol ha svelato che le foreste non mostrano i modelli frattali osservati negli alberi singoli, offrendo nuove prospettive per comprendere e confrontare la complessità degli ecosistemi in diversi ambienti naturali.
La frattalità in natura
Il dottor Fabian Fischer, autore principale dello studio, ha spiegato che la frattalità si riscontra in molti sistemi naturali, come le reti di trasporto quali arterie o fiumi, e in molte strutture organiche, come alberi, felci o broccoli, composte da parti che sembrano replicare l’intero. La frattalità offre un modo per categorizzare e quantificare questi modelli auto-simili così frequenti in natura e si pensava fosse una proprietà emergente condivisa da molti sistemi naturali.
Se la frattalità si estendesse dai piccoli rami di un singolo albero a interi ecosistemi forestali, ciò aiuterebbe gli ecologisti a descrivere paesaggi complessi in modi molto più semplici e a confrontare direttamente la complessità di ecosistemi molto diversi, come le barriere coralline e le chiome delle foreste.
Risultati della ricerca
Per testare l’idea che le chiome delle foreste si comportino come frattali, il team ha utilizzato dati di scansione laser aerea da nove siti distribuiti nella Rete di Ricerca sugli Ecosistemi Terrestri (TERN) dell’Australia. Questi siti coprono un ampio gradiente di precipitazioni e variano enormemente nella loro struttura: dalle aride boscaglie sparse e basse dell’Australia Occidentale alle imponenti foreste di frassino alto 90 metri della Tasmania. Da ogni scansione laser, hanno derivato mappe ad alta risoluzione dell’altezza delle foreste e le hanno confrontate con quelle che si sarebbero ottenute se le foreste fossero state di natura frattale.
Il dottor Fischer ha affermato: “Abbiamo scoperto che le chiome delle foreste non sono frattali, ma sono molto simili nel modo in cui si discostano dalla frattalità, indipendentemente dall’ecosistema in cui si trovano. Che non siano frattali ha molto senso ed era la nostra ipotesi fin dall’inizio. Mentre potrebbe essere possibile confondere un ramo per un albero intero, di solito è facile differenziare gli alberi da un boschetto o da un’intera foresta.”
“Ma è stato sorprendente quanto fossero simili tutte le chiome delle foreste nel modo in cui si discostavano dai veri frattali e come le deviazioni fossero collegate alla dimensione degli alberi e a quanto fosse secco il loro ambiente.”
Implicazioni e ricerche future
La coerenza delle deviazioni ha anche fornito un’idea di come potremmo confrontare la complessità tra ecosistemi. La maggior parte degli ecosistemi, come le foreste, raggiungerà un limite superiore - molto probabilmente determinato dalla dimensione massima dei suoi organismi – oltre il quale la loro struttura non può variare liberamente.
Se potessimo determinare questi limiti superiori, ciò potrebbe aprire strade per comprendere come funzionano organismi e sistemi molto diversi (barriere coralline, foreste, ecc.) e per testare se potrebbero condividere gli stessi principi organizzativi di base.
Ora il team prevede di confrontare un’ancora più ampia gamma di ecosistemi forestali in tutto il mondo, scoprire se esistono principi organizzativi simili nelle foreste e oltre, e scoprire cosa guida questi modelli osservando più scansioni nel tempo.
Il dottor Fischer ha concluso: “Una domanda chiave nella scienza è se esistano modelli generalizzabili in natura, e un eccellente candidato per questo è la frattalità. Le foreste che abbiamo studiato non erano frattali, ma c’erano chiare somiglianze in tutti i siti nel modo in cui si discostavano dalla frattalità. Da un punto di vista teorico, ciò indica la strada verso un quadro per trovare principi organizzativi generali in biologia.”
“Ma ciò ha anche implicazioni pratiche: se non possiamo comprendere la foresta dai suoi alberi, e viceversa, allora dobbiamo monitorare le foreste sia a piccola che a grande scala per capire come rispondono ai cambiamenti climatici e alla crescente pressione umana.”
