森林打破了自然界中令人着迷的法则

分形的美妙之处，自我重复的模式遍布自然界，是他们无限深邃的迷人重复。

放大在蕨类植物叶子和雪花等物体中发现的分支，你会看到它们以微型形式重复出现——有时一直到原子和量子物质.

尽管它们令人着迷，但这种几何图案也有其局限性。根据一项新的研究，该研究发现森林树冠不会复制单棵树的分形模式。

鉴于分形在自然界中似乎很常见，布里斯托大学的生物学家Fabian Fischer和Tommaso Jucker想要测试分形模式可以解释森林冠层如何组织的想法。

他们认为，如果分形模式从一棵树的小树枝和叶子延伸到整个森林树冠，它可以帮助生态学家使用简单的数学语言描述复杂的景观。

“从科学上讲，这种自相似性具有吸引人的特性，它允许你使用一些非常简单的规则和数字来描述一个看似复杂的物体。解释费舍尔。

如果森林冠层表现得像分形，那么Fischer和Tommaso认为，也许他们可以利用这种涌现特性来量化森林生态系统的复杂性，使他们能够直接比较世界森林的结构差异。

“冠层结构的复杂性是森林生态系统的一个关键新兴属性，与它们储存碳、循环水和养分以及为生物多样性提供栖息地的能力直接相关，”两人在他们的论文中写道.

一些几十年的研究有指向证据分形图案，但仅限于斑驳或受火灾影响的森林，因此尚不清楚这是否反映了森林景观的真实属性。

最近的分析模型也试图计算森林的结构复杂性，以了解什么条件产生更复杂的生态系统.

为了进行调查，Fischer和Tommaso从澳大利亚九种截然不同的森林类型中收集了机载激光调查的数据，从干燥的灌木丛和热带稀树草原到茂密的热带雨林和高耸的山灰(桉树（Eucalyptus regnans）） 森林。这九个地点，每个地点的面积为5平方公里，降雨量差异很大，结构也很大。

通过每次激光扫描，研究人员建立了森林树冠的高分辨率模型，以了解这些地点与分形缩放的紧密程度。

分析发现，完全没有仔细：九个树冠部分中没有一个表现得像单个树冠之外的分形。

然而，森林的特征以及它们如何偏离分形模式存在一定的可预测性，这可能仍然有助于生态系统比较。例如，较高、较湿润的森林比较短、较干燥的生态系统表现出更高程度的自相似性。

“我们发现森林冠层不是分形的，但它们在偏离分形的方式上非常相似，无论它们处于哪个生态系统中，”说费舍尔。

“这太令人惊讶了，”他添加，“所有森林树冠在偏离真实分形的方式上是多么相似，以及偏差如何与树木的大小以及它们的环境有多干燥有关。

下一步，研究人员希望比较全球更广泛的森林生态系统，并及时查看多次扫描，以了解森林结构如何发展。

虽然认为我们可以用几个数学术语来解释自然的复杂性可能是件好事，但森林很可能被证明是不守规矩的生态系统，从它们的树冠上看，它们违背了数学定律一直到他们的细胞.这其中也有一些美丽的东西。

该研究已发表在生态学杂志.

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