Вы когда-нибудь проходили мимо фруктового сада с ветвями, усыпанными цветами, и удивлялись, как деревья «узнают», когда цвести или плодоносить в одно и то же время? Или, может быть, вы шли по лесу, хрустя желудями под ногами в один год, но почти не хрустя в следующем году.
Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе серьезно задумались над такой синхронностью. В 2015 году они разработали компьютерную модель, показывающую, что одну из самых известных моделей в статистической физике, модель Изинга, можно использовать для понимания того, почему события происходят в одно и то же время на больших расстояниях.
В новом исследовании, опубликованном 5 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, они проверили свою компьютерную модель, используя тысячи настоящих фисташковых деревьев, посаженных на сетку, и обнаружили, что она работает.
«Мы пытаемся понять динамику экологических популяций во времени и пространстве», - сказал старший автор Алан Гастингс, профессор кафедры экологических наук и политики Калифорнийского университета в Дэвисе. «Мы смогли использовать очень большой набор данных о более чем 6 500 деревьях в фисташковом саду и смогли показать, что экологическими системами можно управлять с помощью модели Изинга».
Магнитные соединения
Модель Изинга была разработана для объяснения постоянных магнитов, подобных тем, которые прикрепляются к дверце холодильника, но авторы показали, что она также может помочь объяснить, как фисташковые деревья синхронизируются в саду.
В магнитных материалах силы между соседними атомами имеют тенденцию удерживать электроны на одной линии, поэтому их магнитные силы складываются. Модель Изинга делает количественные прогнозы того, как взаимодействие соседей может создавать выравнивание на больших расстояниях.
Если соседние деревья синхронизированы, это означает, что они каким-то образом общаются. Хотя авторы не определяют средства этой связи, они предполагают, что это может быть следствием прививки корней, когда корни переплетаются. Прививка может помочь одному дереву «сказать» другому, что пора плодоносить, что может помочь соседним деревьям синхронизировать свое производство. Модель Изинга помогает предсказать, как взаимодействия между соседними деревьями распространяются на весь сад.
Синхрония повсюду в природе
"Случаи синхронного поведения, когда все происходит сразу, встречаются во всей природе, от плодовых и ореховых деревьев в садах, до шишек в лесу и даже при внезапном распространении некоторых инфекционных заболеваний", сказал ведущий автор Эндрю Ноубл, научный сотрудник отдела экологических наук и политики Калифорнийского университета в Дэвисе во время исследования. «Понимание этой динамики помогает лучше объяснить экологические системы и их влияние на природные и управляемые системы."