Formazione di strutture spaziali su larga scala negli ecosistemi

La natura offre un’ampia gamma di esempi nei quali si possono riscontrare delle regolarità strutturali emergenti: esempi includono le simmetrie nei fiocchi di neve, l’alternanza di strisce in alcuni animali o le increspature delle dune nel deserto. Queste strutture regolari possono talvolta essere spiegate attraverso dei modelli matematici che ne colgono le caratteristiche più importanti. Per esempio, gli ecologi teorici si sono accorti che alcune strutture regolari spaziali sono il risultato di una auto-organizzazione, cioè di un processo che permette di far emergere su larga scala delle strutture ordinate attraverso delle interazioni locali. Nel 1952 Alan Turing propose un modello matematico in grado di spiegare la formazione di strutture spaziali regolari sulla base del meccanismo di attivazione e inibizione. In questo caso le strutture si formano perché uno stato stazionario e omogeneo del sistema risulta instabile a piccole perturbazioni. Questo meccanismo risulta essere tra i più importanti per capire come emergono strutture spaziali regolari su grande scala, partendo da interazioni e instabilità locali. Questa tesi si propone di spiegare in dettaglio la formulazione matematica e il meccanismo fisico proposti da Turing. Inoltre intende presentare un contributo presente in letteratura in cui tale modellizzazione viene utilizzata per spiegare la formazione di strutture in sistemi reali, con particolare riguardo a quelle presenti negli ecosistemi aridi.