Экологические «флешмобы»: дело во времени... и магнитах?
Как жёлудь «знает», когда падать вместе с другими? Что заставляет насекомых или болезни внезапно распространяться на больших территориях? Почему у фруктовых деревьев бывают урожайные и неурожайные годы?
Вопрос о том, что вызывает такие синхронные экологические «флешмобы» на больших расстояниях, давно озадачивал экологов. Часть ответа связана с, казалось бы, не относящимся к делу вопросом: что делает магнит магнитом.
Исследование учёных из Калифорнийского университета в Дэвисе показало, что та же математическая модель, которая используется для изучения работы магнитов — известная в физике модель Изинга — может быть применена для понимания причин одновременного возникновения событий на больших расстояниях при отсутствии внешней разрушительной силы.
Работа, опубликованная 8 апреля в журнале Nature Communications, предлагает новые способы измерения синхронности в экологии, что имеет более широкие последствия для таких явлений, как вымирание и болезни.
Магнетизм животных и фруктовых деревьев
Рассмотрим, например, полёвок.
«Их выгоняют из гнезда, и они перемещаются на типичное для них расстояние, — говорит соавтор Алан Хастингс. — Но популяции растут и сокращаются на гораздо больших расстояниях. Влияние на полёвок происходит гораздо дальше, чем та особь путешествует за свою жизнь».
Это влияние, согласно исследованию, можно объяснить моделью Изинга.
Или возьмём фруктовые деревья.
Каждые несколько лет определённые деревья дают исключительно много плодов или орехов, а в промежуточные годы почти не плодоносят — этот плохо изученный процесс называется «мастинг».
«Все фруктовые деревья имеют свой урожайный год в один и тот же год из-за той же модели, которая связана с выстраиванием маленьких магнитов, чтобы создать один большой магнит, — объясняет Хастингс. — Улучшение нашего понимания моделей, описывающих, как возникает синхронность на больших расстояниях, очень важно для понимания динамики популяций».
Научный синтез
Работа финансировалась программой INSPIRE Национального научного фонда, которая поддерживает междисциплинарное сотрудничество между научными областями, которые редко работают вместе.
«Наша статья создаёт неожиданно прочную связь между физикой и популяционной биологией, — говорит соавтор Эндрю Ноубл. — Это открытие общей основы для понимания, казалось бы, не связанных научных вопросов».