Die Grenzen der Mathematik: Studie zeigt, dass Wälder komplexer sind als gedacht

Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die in einzelnen Bäumen beobachteten fraktalen Muster nicht in Wäldern vorkommen, was einen neuen Ansatz darstellt, um die Komplexität verschiedener natürlicher Umgebungen zu verstehen und zu vergleichen. Diese Informationen wurden SciTechDaily.com gutgeschrieben.

Wissenschaftler haben erhebliche Unterschiede in den Wachstumsmustern von Bäumen innerhalb eines Waldes und der Ausdehnung der Äste eines einzelnen Baums entdeckt.

Die Natur überrascht uns immer wieder mit ihren sich wiederholenden Mustern; Große Äste ähneln oft ganzen Bäumen, während kleinere Äste den größeren Ästen, aus denen sie sprießen, sehr ähnlich sind. Bei getrennter Betrachtung könnte jeder Teil eines Baumes leicht mit einer kleineren Darstellung des gesamten Baumes verwechselt werden.

Es wurde allgemein angenommen, dass diese Selbstähnlichkeit, bekannt als Fraktalität, auf ganze Wälder zutrifft. Forscher der Universität Bristol haben jedoch herausgefunden, dass dies nicht stimmt.

Die kürzlich im Journal of Ecology veröffentlichte Studie widerlegt die bisherige Annahme, dass die in einzelnen Bäumen beobachteten fraktalen Muster auf ganze Waldlandschaften übertragen werden könnten.

Dr. Fabian Fischer, der Hauptautor, sagte, dass Fraktalität in vielen natürlichen Systemen vorkomme. Elemente wie Verkehrsnetze einschließlich Arterien oder Flüsse und organische Strukturen wie Bäume und Farne bestehen oft aus Teilen, die einem Ganzen ähneln. Er erklärte weiter, dass Fraktalität die oft beobachteten selbstähnlichen Muster in der Natur quantifizieren könne.

Wenn Selbstähnlichkeit von den Zweigen eines einzelnen Baums auf ganze Waldökosysteme ausgedehnt werden könnte, könnte dies die Art und Weise, wie Ökologen komplexe Landschaften beschreiben, vereinfachen und es ermöglichen, die Komplexität verschiedener Ökosysteme direkt zu vergleichen.

Um die Behauptung zu untersuchen, dass Waldkronen als Fraktale wirken, nutzte das Team luftgestützte Laserscandaten von mehreren Standorten des Terrestrial Ecosystem Research Network (TERN) in Australien.

Dr. Fischer brachte zum Ausdruck, dass sie herausfanden, dass Waldkronen nicht fraktal seien, obwohl ihre Abweichung von der Fraktalität in verschiedenen Ökosystemen durchweg ähnlich sei. Überraschenderweise zeigte ihre Abweichung von der Fraktalität und bestimmten Parametern wie der Größe der Bäume und der Trockenheit ihrer Umgebung einen starken Zusammenhang.

Dr. Fischer führte weiter aus, dass es Anzeichen dafür gebe, dass komplexe Systeme eine Obergrenze haben könnten, die durch die Größe ihrer konstituierenden Organismen bestimmt werde. Wenn diese Obergrenzen festgelegt werden, könnten sie einen Weg zum Verständnis der Funktionsweise verschiedener Organismen und Systeme bieten und ob es zwischen ihnen ein gemeinsames Strukturprinzip gibt.

Das Team beabsichtigt nun, diese Forschung auszuweiten, indem es eine größere Vielfalt an Waldökosystemen weltweit vergleicht und beurteilt, ob Wälder gemeinsame Organisationsprinzipien aufweisen.

Abschließend betonte Dr. Fischer die Bedeutung der Identifizierung verallgemeinerbarer Muster in der Natur als bedeutendes wissenschaftliches Unterfangen. Obwohl die untersuchten Wälder nicht fraktal waren, könnten die wiederkehrenden Ähnlichkeiten in ihrer Abweichung von der Fraktalität einen theoretischen Ansatzpunkt für die Aufdeckung universeller Organisationsprinzipien in der Biologie darstellen.

„Aber das hat auch praktische Auswirkungen: Wenn wir den Wald nicht von seinen Bäumen aus verstehen können und umgekehrt, müssen wir Wälder sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab überwachen, um zu verstehen, wie sie auf klimatische Veränderungen und den wachsenden menschlichen Druck reagieren.“