大自然充滿了令人驚奇的重複。在樹上，大的樹枝通常看起來像整棵樹，而較小的樹枝和小樹枝看起來就像從大樹枝上長出來的。如果孤立地看，樹的每一部分都會被誤認為是自己的縮影。科學家發現，森林中樹木的生長模式與單棵樹木的枝條伸展方式有很大不同。

長期以來，人們一直認為這種被稱為分形的特性也適用於整個森林，但布里斯託大學的研究人員發現事實並非如此。最近發表在《生態學雜誌》 上的研究駁斥了一種說法，即在單棵樹木內部觀察到的自相似性可以擴展到整個林冠和景觀。自然界中的分形主要作者Fabian Fischer 博士解釋說：”許多自然系統都存在分化現象。動脈或河流等運輸網絡的分支方式往往具有自相似性，而樹木、蕨類植物或西蘭花等許多有機結構都是由看起來像整體的部分組成的。分形提供了一種對我們在自然界中經常觀察到的自相似模式進行分類和量化的方法，並被假定為許多自然系統共有的新興屬性。憑直覺，如果你看了一張某物的照片，卻無法確定它有多大，那麼這就是分形的一個很好的指標。例如，我面前的是一座大山，還是一塊看起來像山的小石頭？它是一根樹枝還是整棵樹？在科學上，這種自相似性有一個吸引人的特性，那就是它可以讓你用一些非常簡單的規則和數字來描述一個看似複雜的物體。”

如果自相似性從一棵樹的小枝擴展到整個森林生態系統，那麼它將幫助生態學家以更簡單的方式描述複雜的地貌，並有可能直接比較珊瑚礁和森林樹冠等截然不同的生態系統的複雜性。為了驗證森林樹冠表現得像分形的觀點，研究小組使用了分佈在澳洲陸地生態系研究網絡（TERN）九個地點的機載雷射掃描資料。這些地點的降雨梯度很大，結構也千差萬別：從西澳大利亞稀疏矮小的乾旱林地到塔斯馬尼亞高聳的90 公尺高的山灰林。透過每次雷射掃描，他們得出了高解析度的森林高度圖，並將其與森林分形時的高度進行了比較。費雪博士說：「我們發現，森林樹冠並不是分形的，但它們偏離分形的方式非常相似，無論它們處於哪個生態系統中。它們不是分形的這一點很有道理，也是我們從一開始就提出的假設。雖然有可能把樹枝和整棵樹混淆，但通常很容易把樹和小樹林或整片森林區分開來。但令人驚訝的是，所有林冠偏離真正分形的方式是如此相似，而且偏差與樹木的大小和環境的乾燥程度有關。偏差的一致性也讓我們了解如何比較不同生態系統的複雜性。大多數生態系統，如森林，都會達到一個上限–很可能是由其生物的最大體積決定的–超過這個上限，其結構就不能再自由變化了。如果我們能確定這些上限，就能開闢出了解非常不同的生物體和系統（珊瑚礁、森林等）如何運作的途徑，並檢驗它們是否可能共享相同的基本組織原則”。影響與未來研究現在，研究小組計劃對全球範圍內更廣泛的森林生態系統進行比較，找出森林內外是否存在類似的組織原則，並透過對時間的多次掃描來發現是什麼驅動了這些模式。費雪博士總結：「科學中的一個關鍵問題是自然界是否存在可推廣的模式，而分形就是一個很好的候選模式。我們研究的森林並不是分形的，但所有地點的森林在偏離分形方面有明顯的相似之處。從理論角度來看，這為我們找到生物學中的一般組織原則指明了方向。但這也有實際意義：如果我們不能從樹木了解森林，反之亦然，那麼我們就必須在小尺度和大尺度上對森林進行監測，以了解它們如何應對氣候變遷和人類日益增長的壓力」。編譯來源：ScitechDaily