Naučnici su otkrili „savršeni neuređeni hiperuniformni“ obrazac u načinu na koji se biljke raspoređuju na mnogim sušnim terenima, što im omogućava da maksimalno iskoriste vodne resurse.
Otkriven je „skriveni red“ u sušnim predjelima širom planete, gdje biljke prate neuređenu hiperuniformnost, raspored koji izgleda nasumičan i neuređen iz blizine, ali se pridržava jasnog obrasca kada se posmatra iz daljine.
Ovi nalazi objašnjavaju fenomene poput „tigrastog grmlja“ u zapadnoj Africi, gdje pojasevi biljaka izgledaju kao pruge tigra s visine, ili „vilinskih krugova“ u Namibiji koji izgledaju kao mrlje izdaleka, ali su zapravo grupe biljaka. Te biljke su samoorganizirane na način koji im pomaže da se nose sa sušom i opstanu u ekstremnim uslovima.
„Bilo je to pravo iznenađenje“, kažu istraživači sa šangajskog Univerziteta Đaotung. „Očekivali smo da ćemo pronaći ili potpuno nasumičan raspored ili regularan, grupisani obrazac… umjesto toga, otkrili smo savršeni neuređeni hiperuniformni obrazac, oblik skrivenog reda koji ranije niko nije prepoznao u biljnim zajednicama.“
U novoj studiji istraživači su posmatrali satelitske snimke više od 400 sušnih područja širom planete i matematički analizirali prostorne obrasce biljaka na tim terenima. Otkrili su da, iako distribucija biljaka može izgledati neuređeno na tlu, pogled iz zraka pokazuje da 10% sušnih područja slijedi hiperuniformni obrazac – što znači da ovaj fenomen nije rijedak, već široko rasprostranjena odlika mnogih sušnih ekosistema.
Takav obrazac vjerovatno je rezultat intenzivnog nadmetanja za oskudne resurse. Raspoređivanje na hiperuniforman način može pomoći biljkama da prežive s ograničenom količinom vode. Ako su preblizu jedna drugoj, biljke bi se međusobno nadmetale za vodu, a prevelika udaljenost bi ostavila praznine za prodor drugih vrsta, pa ovaj obrazac omogućava pravi balans u sušnim ekosistemima.
S vremenom se vegetacija polako organizira u neuređeno hiperuniformno stanje oblikovano tim balansom. „To je sjajna strategija za maksimizaciju upotrebe resursa i minimizaciju konkurencije u cijeloj zajednici“, objašnjavaju istraživači.
Hemičari su prvi put definisali neuređenu hiperuniformnost početkom 2000-ih, posmatrajući atome koji nisu bili raspoređeni ni u kristalni čvrsti obrazac (visokoorganiziranu mrežu), ni u tečni ili gasoviti obrazac (mnogo neorganiziraniji i nasumičan). Umjesto toga, atomi su bili raspoređeni na neuređeno hiperuniforman način, što je donosilo prednosti organiziranog sistema, ali s više fleksibilnosti.
Naučnici su taj obrazac od tada prepoznavali sve češće u prirodi, od atomskog nivoa do čitavih galaksija. Štapićaste i kupaste ćelije u očima ptica raspoređene su na hiperuniforman način, a pojedine alge plivaju u takvim obrascima. Uočen je i kod biljaka, uključujući mreže žilica na listovima.
„Možemo mnogo naučiti od ovih bioloških sistema koji su evolucijom i prirodnom selekcijom optimizirani kroz milione godina“, navode istraživači. „Slično kao kod obrazaca listova, kada je okruženje surovo, sistem se prilagođava u smjeru optimalnih hiperuniformnih stanja.“
Međutim, taj optimalni balans otežava ekosistemima oporavak od poremećaja koje izaziva čovjek, poput klimatskih promjena, invazivnih vrsta ili infrastrukture. Putevi i kanali djeluju poput ožiljaka koji remete protok vode. Gubitak hiperuniformnosti može poslužiti kao osjetljiv rani znak upozorenja, signal da je ekosistem pod stresom i da gubi prirodnu otpornost koju ovaj skriveni red pruža.
Istraživači planiraju tražiti skrivene obrasce i u drugim ekstremnim ekosistemima, pa čak i izvan Zemlje. Analizirajući snimke kratera na Marsu koje je napravio NASA-in rover Curiosity, otkrili su da klasteri kamenčića na pijesku pokazuju istu neuređenu hiperuniformnost kao biljke u sušnim područjima na Zemlji, iako su tamo pokretane ne biologijom, već fizičkim silama poput vjetra, kretanja pijeska i gravitacije.
„To što se isti geometrijski princip pojavljuje u tako različitim sistemima sugerira da je neuređena hiperuniformnost univerzalno rješenje za raspodjelu i efikasnost kad postoje ograničenja, bez obzira na to jesu li ‘čestice’ biljke, kamenčići ili ćelije“, zaključuju istraživači.