تنظم النباتات نفسها ذاتيًا في “ترتيب خفي”، وهو نمط يردد صدى موجود في الطبيعة

اكتشف العلماء “نظامًا خفيًا” في الأراضي الجافة في جميع أنحاء الكوكب، حيث تتبع النباتات فرط انتظام مضطرب – وهو تخطيط يبدو عشوائيًا وغير منظم عن قرب ولكنه يلتزم بنمط واضح عند النظر إليه من مسافة بعيدة.

وتفسر النتائج ظواهر مثل “شجيرة النمر” في غرب أفريقيا، حيث تبدو مجموعات النباتات مثل خطوط النمر من الأعلى، أو “الدوائر الخيالية” في ناميبيا التي تبدو وكأنها بقع من بعيد ولكنها في الواقع كتل من النباتات. وهذه النباتات منظمة ذاتيًا بطريقة تساعدها على مواجهة الجفاف والعمل في الظروف القاسية.

“لقد كانت مفاجأة حقيقية”، مؤلف مشارك في الدراسة تشيوان شينغ ليو، عالم الرياضيات في جامعة شنغهاي جياو تونغ في الصين، أخبر Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني. “كنا نتوقع أن نجد إما توزيعًا عشوائيًا تمامًا أو نمطًا منتظمًا ومتكتلًا … وبدلاً من ذلك، اكتشفنا نمطًا مثاليًا مفرطًا غير منظم – وهو شكل من أشكال النظام الخفي الذي لم يتعرف عليه أحد من قبل في المجتمعات النباتية.”

في دراسة جديدة، التي نُشرت في 7 أكتوبر في مجلة PNAS، نظر الباحثون إلى صور الأقمار الصناعية لأكثر من 400 منطقة قاحلة حول العالم وقاموا بتحليل رياضي للأنماط المكانية للنباتات في تلك المناظر الطبيعية. ووجدوا أنه على الرغم من أن توزيع النباتات قد يبدو مضطربًا على الأرض، إلا أنه من وجهة نظر جوية، فإن 10% من الأراضي الجافة تتبع نمطًا متجانسًا للغاية، مما يُظهر أن هذه الظاهرة ليست مجرد ظاهرة نادرة، ولكنها سمة منتشرة على نطاق واسع في العديد من النظم البيئية الجافة.

وقال ليو إن هذا النمط من المحتمل أن يكون نتيجة المنافسة الشديدة على الموارد الشحيحة. إن ترتيب أنفسهم بهذه الطريقة المفرطة في الانتظام يمكن أن يساعد النباتات على البقاء على قيد الحياة بمياه محدودة. إذا كانت قريبة جدًا من بعضها البعض، فسوف تتنافس النباتات الفردية على المياه، ولكن كونها متباعدة جدًا من شأنه أن يترك فجوات لأنواع أخرى من النباتات لغزوها، لذا فإن هذا النمط يمكّن فقط من تحقيق التوازن الصحيح للنظام البيئي الجاف.

بمرور الوقت، ينتظم الغطاء النباتي ببطء في حالة غير منتظمة مفرطة الشكل يتشكلها هذا التوازن. وقال ليو: “إنها استراتيجية رائعة وناشئة لتحقيق أقصى قدر من استخدام الموارد وتقليل الصراع التنافسي للمجتمع بأكمله”.

متعلق ب: “يجب أن يحدث هذا بسرعة”: يتسابق العلماء للحفاظ على شجرة مهددة بالانقراض بالتبريد قبل أن تنقرض

قام الكيميائيون أولاً بتعريف فرط التوحيد المضطرب في 2000s. لقد لاحظوا أن الذرات غير مرتبة في نمط صلب بلوري (شبكة عالية التنظيم) أو في نمط سائل أو غازي (أقل تنظيمًا وعشوائية). وبدلاً من ذلك، تم ترتيبها بطريقة غير منتظمة ومفرطة الشكل، مما يمنحها فوائد النظام المنظم ولكن بمزيد من المرونة.

وقد حدد العلماء هذا النمط أكثر فأكثر في جميع أنحاء العالم الطبيعي، من المقياس الذري إلى المستوى الشامل المجرات. يتم تنظيم العصي والمخاريط في عيون الطيور بطريقة مفرطة الشكل، وبعض الطحالب تسبح بأنماط مفرطة الشكل.

كما تمت ملاحظته سابقًا في النباتات، بما في ذلك شبكات عروق الأوراق، يظهر عمل جياو.

“يمكننا أن نتعلم الكثير من هذه الأنظمة البيولوجية التي تم تحسينها من خلال سنوات عديدة من التطور والانتقاء الطبيعي.” يانغ جياووقال مهندس في جامعة ولاية أريزونا ولم يشارك في البحث لـ Live Science. وأضاف: “لست متفاجئًا بالنتائج. وعلى غرار ما نعرضه مع أنماط الأوراق، إذا كانت البيئة قاسية، فإن النظام يتكيف أكثر نحو الحالات المثالية المفرطة”.

لكن هذا التوازن الأمثل يجعل من الصعب على النظام البيئي التعافي من الاضطرابات البشرية، مثل تغير المناخ، أو الأنواع الغازية، أو البنية التحتية.

وقال ليو “الطرق والخنادق تعمل كندوب تعرقل تدفق المياه”. “بمجرد اضطراب هذه التدرجات، ينهار “النظام الخفي”. وبهذه الطريقة، يمكن أن يكون فقدان فرط الانتظام بمثابة علامة إنذار مبكر حساسة – إشارة إلى أن النظام البيئي أصبح متوترًا ويفقد المرونة الطبيعية التي يوفرها هذا النظام الخفي.”

ويخطط فريق ليو الآن للبحث عن الأنظمة الخفية في الأنظمة البيئية المتطرفة الأخرى، بما في ذلك تلك الموجودة خارج الأرض. تحليل ناسالقد وجدوا صور المركبة الفضائية كيوريوسيتي لحفرة على سطح المريخ مجموعات الحصى على الرمال تظهر نفس فرط التوحيد المضطرب مثل نباتات الأراضي الجافة على الأرض، ولا تحركها العوامل البيولوجية بل القوى الفيزيائية مثل الرياح وحركة الرمال والجاذبية.

وقال ليو: “إن ظهور نفس المبدأ الهندسي في مثل هذه الأنظمة المختلفة يشير إلى أن فرط الانتظام المضطرب هو حل عالمي لتحدي التعبئة والكفاءة في ظل القيود، سواء كانت “الجسيمات” نباتات أو حصى أو خلايا”.