La complejidad de los bosques desafía las reglas matemáticas, dice nuevo estudio.

Los bosques desafían una ley fascinante que se encuentra en toda la naturaleza: fractalidad.

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Crédito: Olena Bohovyk. ​

La naturaleza está llena de sorprendentes repeticiones. En los árboles, las ramas grandes a menudo parecen árboles completos, mientras que las ramas y ramitas más pequeñas se asemejan a las ramas más grandes de las que crecen. Si se ven de forma aislada, cada parte del árbol podría ser confundida con una versión en miniatura de sí misma.

Durante mucho tiempo se ha asumido que esta propiedad, llamada fractalidad, también se aplica a bosques enteros, pero investigadores de la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de Bristol han descubierto que esto no es así.

El estudio, publicado en diciembre en el Journal of Ecology, refuta las afirmaciones de que la auto-similitud observada dentro de árboles individuales puede extenderse a las copas y paisajes de bosques completos.

«La fractalidad se puede encontrar en muchos lugares de la naturaleza. Redes de transporte como arterias o ríos a menudo muestran auto-similitud en la forma en que se ramifican, y muchas estructuras orgánicas, como árboles, helechos o brócoli, están compuestas por partes que se parecen al conjunto», explicó el autor principal, el Dr. Fabian Fischer.

«Esto proporciona una manera de categorizar y cuantificar patrones auto-similares que observamos con frecuencia, y se ha teorizado como una propiedad emergente compartida por muchos sistemas naturales. Intuitivamente, si miras una imagen de algo y no puedes determinar exactamente cuán grande es, entonces eso es un buen indicador de fractalidad. Por ejemplo, ¿es esta una montaña grande frente a mí o solo una pequeña roca que parece una montaña? ¿Es una rama o todo un árbol?», continuó.

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Un bosque fractal hipotético. ​

Científicamente, esta auto-similitud tiene la propiedad atractiva de permitirte describir un objeto aparentemente complejo mediante reglas y números muy simples».

Si la auto-similitud se extendiera desde las pequeñas ramitas de un solo árbol hasta ecosistemas forestales completos, ayudaría a los ecólogos a describir paisajes complejos de manera mucho más sencilla y posiblemente a comparar directamente la complejidad de ecosistemas muy diferentes, como arrecifes de coral y copas de bosques.

Para probar la idea de que las copas de los bosques se comportan como fractales, el equipo utilizó datos de escaneo láser aéreo de nueve sitios distribuidos en la Red de Investigación de Ecosistemas Terrestres de Australia (TERN). Estos sitios abarcan un enorme gradiente de precipitación y varían mucho en su estructura —desde bosques escasos y bajos en la región occidental de Australia hasta imponentes bosques de fresnos de montaña de 90 metros de altura en Tasmania—. A partir de cada escaneo láser, derivaron mapas de altura del bosque de alta resolución y los compararon con cómo se verían las alturas del bosque si fueran fractales.

«Descubrimos que las copas de los bosques no son fractales, pero son muy similares en la forma en que se desvían de la fractalidad, independientemente del ecosistema en el que se encuentren», dijo el Dr. Fischer. «Que no sean fractales tiene mucho sentido y fue nuestra hipótesis desde el principio. Aunque podría ser posible confundir una rama con un árbol entero, generalmente es fácil diferenciar los árboles de un bosque o de un bosque completo».

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Modelos de altura de la cubierta forestal de los nueve SuperSitios de TERN (cada uno de 5 × 5 km²), cartografiados con una resolución de 0.5 m y ordenados de más seco a más húmedo. Crédito: F.J. Fischer et al., Journal of Ecology, 2024.​

«Pero fue sorprendente lo similares que eran todas las copas de los bosques en la forma en que se desviaban de los verdaderos fractales, y cómo estas desviaciones estaban vinculadas al tamaño de los árboles y a la sequedad de su entorno.

»La consistencia de las desviaciones también nos dio una idea de cómo podríamos comparar la complejidad entre ecosistemas. La mayoría, como los bosques, alcanzarán un límite superior, probablemente determinado por el tamaño máximo de sus organismos, más allá del cual su estructura no puede variar libremente.

»Si pudiéramos determinar estos límites superiores, esto podría abrir rutas para entender cómo funcionan y probar si comparten los mismos principios básicos de organización organismos y sistemas muy diferentes (arrecifes de coral, bosques, etc.)», precisó el experto.

Ahora, el equipo planea comparar una gama aún más amplia de ecosistemas forestales en todo el mundo, descubrir si existen principios organizativos similares en los bosques y más allá, y averiguar qué impulsa estos patrones mediante la observación de múltiples escaneos en el tiempo.

«Una pregunta clave en la ciencia es si existen patrones generalizables en la naturaleza, y un excelente candidato para esto es la fractalidad. »Los bosques que estudiamos no eran fractales, pero había similitudes claras en todos los sitios en la forma en que se desviaban de la fractalidad.

Desde un punto de vista teórico, esto señala el camino hacia un marco para encontrar principios organizativos generales en biología.

»Pero esto también tiene implicaciones prácticas: si no podemos entender el bosque desde sus árboles, y viceversa, entonces debemos monitorear los bosques tanto a pequeña como a gran escala para entender cómo responden a los cambios climáticos y a la creciente presión humana», concluyó el Dr. Fischer.

Fuente: https://www.bristol.ac.uk/news/2024/january/tree-fractuality.html