Les scientifiques ont découvert un « ordre caché » dans les zones arides de la planète, où les plantes suivent une hyperuniformité désordonnée – une disposition qui semble aléatoire et désorganisée de près, mais qui adhère à un modèle clair vu de plus loin.
Les résultats expliquent des phénomènes tels que le « buisson tigré » en Afrique de l’Ouest, où des bandes de plantes ressemblent à des rayures de tigre vues d’en haut, ou les « cercles de fées » en Namibie qui ressemblent à des taches de loin mais sont en réalité des touffes de plantes. Ces plantes sont auto-organisées de manière à les aider à faire face à la sécheresse et à fonctionner dans des conditions extrêmes.
Dans le nouvelle étudepublié le 7 octobre dans la revue PNAS, les chercheurs ont examiné des images satellite de plus de 400 zones arides à travers le monde et ont analysé mathématiquement les configurations spatiales des plantes dans ces paysages. Ils ont constaté que même si la répartition des plantes peut sembler désordonnée sur le terrain, d’une vue aérienne, 10 % des zones arides suivent un modèle hyperuniforme, ce qui montre que le phénomène n’est pas seulement une rareté mais une caractéristique répandue dans de nombreux écosystèmes secs.
Cette tendance est probablement le résultat d’une concurrence intense pour des ressources rares, a déclaré Liu. S’organiser de cette manière hyperuniforme peut aider les plantes à survivre avec peu d’eau. Si elles sont trop proches les unes des autres, les plantes individuelles entreraient en compétition pour l’eau, mais si elles étaient trop éloignées, elles laisseraient des espaces propices à l’invasion d’autres types de plantes. Ce modèle permet donc un équilibre idéal pour un écosystème sec.
Au fil du temps, la végétation s’organise lentement dans un état hyperuniforme désordonné façonné par cet équilibre. « Il s’agit d’une stratégie brillante et émergente visant à maximiser l’utilisation des ressources et à minimiser les conflits de concurrence pour l’ensemble de la communauté », a déclaré Liu.
Les chimistes ont été les premiers à définir l’hyperuniformité désordonnée dans les années 2000. Ils ont observé des atomes non disposés selon un motif cristallin solide (une grille hautement organisée) ou un motif liquide ou gazeux (beaucoup moins organisé et aléatoire). Au lieu de cela, ils ont été disposés de manière hyperuniforme et désordonnée, ce qui lui confère les avantages d’un système organisé mais avec plus de flexibilité.
Les scientifiques ont identifié ce modèle de plus en plus dans le monde naturel, depuis l’échelle atomique jusqu’à l’ensemble du monde. galaxies. Les bâtonnets et les cônes dans les yeux des oiseaux sont organisés de manière hyperuniforme, et certaines algues nagent selon des motifs hyperuniformes.
Il a également déjà été observé dans des plantes, notamment dans réseaux de nervures foliairesmontre le travail de Jiao.
« Nous pouvons apprendre beaucoup de ces systèmes biologiques optimisés par de nombreuses années d’évolution et de sélection naturelle », Yang Jiaun ingénieur de l’Arizona State University qui n’a pas participé à la recherche, a déclaré à Live Science. « Je ne suis pas surpris par les résultats. De la même manière que ce que nous montrons avec les motifs des feuilles, si l’environnement est rude, le système s’adapte davantage vers des états hyperuniformes optimaux », a-t-il ajouté.
Mais cet équilibre optimal rend plus difficile la récupération de l’écosystème suite aux perturbations humaines, comme le changement climatique, les espèces envahissantes ou les infrastructures.
« Les routes et les fossés agissent comme des cicatrices interrompant l’écoulement de l’eau », a expliqué Liu. « Une fois que ces gradients sont perturbés, » l’ordre caché « s’effondre. De cette manière, la perte d’hyperuniformité peut servir de signe d’alerte précoce sensible – un signal indiquant que l’écosystème est stressé et perd la résilience naturelle que cet ordre caché fournit. »
L’équipe de Liu prévoit désormais de rechercher des ordres cachés dans d’autres écosystèmes extrêmes, y compris ceux au-delà de la Terre. En analysant les images d’un cratère sur Mars prises par le rover Curiosity de la NASA, ils ont découvert que amas de galets sur le sable présentent la même hyperuniformité désordonnée que les plantes des zones arides sur Terre, motivées non pas par la biologie mais par des forces physiques comme le vent, le mouvement du sable et la gravité.
« Le fait que le même principe géométrique apparaisse dans des systèmes aussi différents suggère que l’hyperuniformité désordonnée est une solution universelle au défi de l’emballage et de l’efficacité sous contraintes », a déclaré Liu, « que les » particules « sont des plantes, des cailloux ou des cellules ».
