무늬가 있는 초목

Patterned vegetation
니제르의 타이거 덤불의 허황된 색채 항공 풍경.
니제르의 W 국립공원에 있는 개프 부쉬플레이타우의 항공 풍경. 연속된 두 간격 사이의 평균 거리는 50m이다.
미국의 전파 관측.

무늬가 있는 초목은 독특하고 반복적인 패턴을 보이는 초목 공동체다. 무늬가 있는 식물의 예로는 전파, 호랑이 덤불, 노끈 보그 등이 있다. 이러한 패턴은 일반적으로 식물 성장이나 사망률을 다르게 장려하는 현상들의 상호 작용에서 발생한다. 전파의 경우 바람, 호랑이 덤불의 경우 표면 유출과 같이 이러한 현상에 강한 방향 요소가 있기 때문에 일관성 있는 패턴이 발생한다. 어떤 종류의 식물의 규칙적인 무늬는 어떤 풍경들의 두드러진 특징이다. 패턴에는 비교적 고르게 간격을 두고 있는 패치, 병렬 밴드 또는 이들 두 가지 사이의 중간 부분이 포함될 수 있다. 초목의 이러한 패턴은 토양 형태에 어떠한 기초적인 패턴도 없이 나타날 수 있으며, 따라서 환경에 의해 결정되기보다는 "자체 조직화"라고 한다. 적어도 20세기 중반 이후 식물의 패터닝의 기초가 되는 몇 가지 메커니즘이 알려지고 연구되어 왔지만,[1] 그것들을 복제하는 수학적 모델은 훨씬 최근에야 생산되었다. 공간 패턴에서의 자기조직은 종종 불균일한 섭동의 단조적 성장과 증폭을 통해 공간적으로 균일한 상태가 불안정해진 결과물이다.[2] 이런 종류의 불안정성은 이른바 튜링 패턴으로 이어진다. 이러한 패턴은 세포 발달(처음에 제안된 장소)부터 동물 펠트 위의 패턴 형성, 모래 언덕과 패턴화된 풍경(패턴 형성 참조)까지 삶의 많은 척도에서 발생한다. 튜링 불안정성을 포착하는 가장 간단한 형태 모델에서는 서로 다른 규모의 두 가지 상호작용이 필요하다: 국소 촉진과 더 먼 경쟁이다. 예를 들어 사토와 이와사가 일본 알프스에서 간단한 전파 모형을 제작할 때, 찬바람에 노출된 나무들은 서리 피해를 입지만, 역풍나무는 인근 역풍나무들을 바람으로부터 보호해 줄 것이라고 추측했다. 밴딩은 대부분의 바람에 의해 만들어진 보호 경계층이 결국 난류로 인해 붕괴되기 때문에 나타나며, 더 멀리 떨어진 바람의 나무가 다시 한 번 얼어붙는 피해에 노출된다.

지형을 가로지르는 방향 자원의 흐름이 없을 때, 공간 패턴은 강우 구배를 따라 다양한 정규 및 불규칙한 형태로 나타날 수 있는데, 특히 상대적으로 높은 강우량의 육각 간격 패턴, 중간 속도의 스트라이프 패턴, 낮은 속도의 육각형 스폿 패턴을 포함한다.[4] 일부 중요한 요소(예: 얼어붙은 바람이나 경사로의 표면 흐름)에 대한 명확한 방향성이 존재하기 때문에 더 넓은 범위의 강우량에서 흐름 방향에 수직인 스트라이프(대역)의 형성을 선호한다. 반건조형 "타이거 부시",[5][6] 육각형 "요정원" 간격 패턴,[7] 목질-허파형 풍경,[8] 소금 습지,[9] 안개에 의존하는 사막 식물,[10] 미어, 펜스를 포함한 다양한 패턴의 풍경을 재현하는 수학적 모델들이 출판되었다.[11] 엄격한 식물은 아니지만 홍합이나 굴과 같은 sessile 해양 무척추동물도 밴딩 패턴을 형성하는 것으로 나타났다.[12]

참조

  1. ^ Watt, A (1947). "Pattern and process in the plant community". Journal of Ecology. 35 (1/2): 1–22. doi:10.2307/2256497. JSTOR 2256497.
  2. ^ Meron, E (2015). "Nonlinear Physics of Ecosystems". CRC Press.
  3. ^ Satō K, Iwasa Y (1993). "Modeling of wave regeneration in subalpine Abies forests: population dynamics with spatial structure". Ecology. 74 (5): 1538–1554. doi:10.2307/1940081. JSTOR 1940081.
  4. ^ Meron, E (2019). "Vegetation pattern formation: the mechanisms behind the forms". Physics Today. 72 (11): 30–36. Bibcode:2019PhT....72k..30M. doi:10.1063/PT.3.4340.
  5. ^ Klausmeier, C (1999). "Regular and irregular patterns in semiarid vegetation". Science. 284 (5421): 1826–1828. doi:10.1126/science.284.5421.1826. PMID 10364553.
  6. ^ Kéfi S, Eppinga MB, De Ruiter PC, Rietkerk M (2010). "Bistability and regular spatial patterns in arid ecosystems". Theoretical Ecology. 34 (4): 257–269. doi:10.1007/s12080-009-0067-z.
  7. ^ Getzin S, Yizhaq H, Bell B, Erickson TE, Postle AC, Katra I, Tzuk O, Zelnik YR, Wiegand K, Wiegand T, Meron E (2016). "Discovery of fairy circles in Australia supports self-organization theory". Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (13): 3551–3556. Bibcode:2016PNAS..113.3551G. doi:10.1073/pnas.1522130113. PMC 4822591. PMID 26976567.
  8. ^ Gilad E, Shachak M, Meron E (2007). "Dynamics and spatial organization of plant communities in water-limited systems". Theoretical Population Biology. 72 (2): 214–230. doi:10.1016/j.tpb.2007.05.002. PMID 17628624.
  9. ^ Rietkerk M, Van De Koppel J (2008). "Regular pattern formation in real ecosystems". Trends in Ecology & Evolution. 23 (3): 169–175. doi:10.1016/j.tree.2007.10.013. PMID 18255188.
  10. ^ Borthagaray AI, Fuentes MA, Marquet PA (2010). "Vegetation pattern formation in a fog-dependent ecosystem". Journal of Theoretical Biology. 265 (1): 18–26. doi:10.1016/j.jtbi.2010.04.020. PMID 20417646.
  11. ^ Eppinga M, Rietkerk M, Borren W, Lapshina E, Bleuten W, Wassen MJ (2008). "Regular Surface Patterning of Peatlands: Confronting Theory with Field Data". Ecosystems. 11 (4): 520–536. doi:10.1007/s10021-008-9138-z.
  12. ^ Van De Koppel J, Gascoigne J, Theraulaz G, Rietkerk M, Mooij W, Herman P (2008). "Experimental Evidence for Spatial Self-Organization and Its Emergent Effects in Mussel Bed Ecosystems". Science. 322 (5902): 739–742. Bibcode:2008Sci...322..739V. doi:10.1126/science.1163952. PMID 18974353. S2CID 2340587.

참고 항목


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