У фисташковых деревьев найден «магнетизм»

Ученые выяснили, что урожайность фисташковых деревьев в разные годы можно описать при помощи модели из статистической физики, которую обычно применяют для магнитных материалов. С помощью этого же подхода можно объяснить, почему у разных деревьев количество плодов не одинаково. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Модели физических процессов, такие как фазовый переход из жидкости в газ или магнитный фазовый переход из неупорядоченного состояния в упорядоченное, нашли широкое применение при описании явлений живой природы. В ферромагнетиках, таких как железо, при охлаждении до температуры, называемой точкой Кюри, направления магнитных моментов отдельных атомов становятся очень чувствительны к ориентации соседних. Благодаря этому образуются области с сонаправленными спинами, что, в свою очередь, становится причиной появления макроскопического магнитного поля.

В новой работе ученые под руководством Алана Гастингса из Калифорнийского университета в Дейвисе применили модель магнитного взаимодействия спинов вблизи критической температуры для описания временной и пространственной зависимости урожайности. Урожайность плантации из 6700 деревьев иногда была циклична (год с высоким урожаем сменялся годом с низким), а иногда неоднородна (в этом случае на некоторых участках деревья приносили много плодов, а на других — нет, причем распределение таких областей не было случайным).

Физики успешно описали распределение количества плодов при помощи двумерной модели Изинга. Согласно этой модели каждой вершине кристаллической решетки соответствует число +1 или -1. В случае магнитных материалов эти числа являются упрощенным представлением магнитных моментов, а в случае деревьев — состоянием растения: высокая и низкая плодоносность. Помимо пространственного распределения, удалось обнаружить характерный для этой модели спад степени скоррелированности состояний с расстоянием. Годы с однородно высокой или низкой урожайностью физики сравнивают с прохождением критической точки в присутствии внешнего магнитного поля, которое выстраивает все спины в определенную сторону. В данном случае «внешним магнитным полем» могли быть условия окружающей среды, такие как погода.

По словам авторов, до конца неясно, как конкретно деревья взаимодействуют друг с другом — возможно, это обмен сигналами через воздух посредством выделения специфических молекул или «общение» через общую корневую систему. Другие ученые отмечают, что в лесах характерные фрактальные распределения синхронизации урожайности могут наблюдаться на расстояниях в сотни километров, что указывает на наличие более дальнодействующих факторов.