Hvad magneter har at gøre med pistacienødder - Synkroni i økologi sætter ising-modellen på prøve

Har du nogensinde passeret en frugthave med grene sprængfyldt med blomster og undret dig over, hvordan træerne "ved", hvornår de skal blomstre eller bære frugt på samme tid? Eller måske har du gået gennem skoven, knasende masser af agern under fødderne det ene år, men næsten ingen det næste år.

Forskere fra University of California, Davis, har tænkt meget over en sådan synkronisering. I 2015 de udviklede en computermodel, der viser, at en af ​​de mest berømte modeller inden for statistisk fysik, Ising-modellen, kunne bruges til at forstå, hvorfor begivenheder opstår på samme tid over lange afstande.

I en ny undersøgelse, offentliggjort 5. februar i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences , de satte deres computermodel på prøve ved hjælp af tusindvis af rigtige pistacietræer plantet på et gitter og fandt ud af, at det virkede.

"Vi forsøger at forstå dynamikken i tid og rum i økologiske befolkninger, " sagde seniorforfatter Alan Hastings, professor ved Institut for Miljøvidenskab og Politik ved UC Davis. "Vi var i stand til at gøre brug af et meget stort datasæt fra mere end 6, 500 træer i en pistacieplantage og var i stand til at vise, at økologiske systemer kan styres af Ising-modellen."

Magnetiske forbindelser

Ising-modellen blev udviklet til at forklare permanente magneter, som den slags, der klæber til en køleskabsdør, men forfatterne viste, at det også kan hjælpe med at forklare, hvordan pistacietræer synkroniserer i en frugthave.

I magnetiske materialer, kræfter mellem naboatomer har en tendens til at holde elektronerne på linje, så deres magnetiske kræfter lægger sig sammen. Ising-modellen laver kvantitative forudsigelser af, hvordan nabo-til-nabo-interaktioner kan skabe justeringer over store afstande.

Hvis nabotræer er synkroniserede, det antyder, at de på en eller anden måde kommunikerer. Selvom forfatterne ikke identificerer midlerne til denne kommunikation, de antyder, at det kan være en konsekvens af rodpodning, hvor rødderne fletter sig ind i hinanden. Podning kan hjælpe et træ med at "fortælle" et andet, at det er tid til at producere, som kan hjælpe nabotræer med at synkronisere deres produktion. Ising-modellen hjælper med at forudsige, hvordan interaktioner mellem træer ved siden af ​​hinanden spredes gennem hele frugtplantagen.

Synkroni findes i hele naturen

"Forekomster af synkron adfærd, når alt kommer på én gang, findes i hele naturen, fra frugt- og nøddetræer i frugtplantager, til keglebærende træer i skoven og endda den pludselige spredning af nogle smitsomme sygdomme, " sagde hovedforfatter Andrew Noble, en projektforsker ved Institut for Miljøvidenskab og Politik ved UC Davis på tidspunktet for undersøgelsen. "Forståelse af disse dynamikker hjælper bedre med at forklare økologiske systemer og deres virkninger i naturlige og administrerede systemer."