Tajemnicze kręgi na pustyni wyjaśnione przez teorię Alana Turinga sprzed 70 lat

Był rok 1952 i Alan Turing miał zamiar zmienić sposób rozumienia biologii przez ludzkość.

W punkt orientacyjny, angielski matematyk wprowadził coś, co stało się znane jako Wzór Turinga – pogląd, że dynamika pewnych jednolitych systemów może prowadzić do stabilnych wzorców, gdy zostanie zakłócona.

Taki „porządek od zakłócenia” stał się teoretyczną podstawą wszelkiego rodzaju dziwnych, powtarzających się motywów, które można spotkać w świecie przyrody.

To była dobra teoria. Tak dobre, że dekady później naukowcy wciąż odkrywają wspaniałe przykłady tego w niezwykłych i egzotycznych miejscach: rzeczywiste wzorce Turinga ożywione w miejscach, których sam Turing nigdy nie miał okazji zobaczyć.

Okazuje się, że najnowszym wcieleniem tego teoretycznego zjawiska jest bajkowe kręgi – tajemnicze formacje pustynnej trawy, które rosną wokół wyraźnie okrągłych płatów suchej gleby, po raz pierwszy udokumentowane na pustyni Namib w południowej Afryce.

Obraz z drona australijskich kręgów wróżek. (Stephan Getzin / Uniwersytet w Getyndze)

Wyjaśnienia ich istnienia sięgają od mitycznych do przyziemnych, a jeszcze kilka lat temu wciąż dyskutowano o ich pochodzeniu. Na początku jeden z poglądów twierdził, że dziwne kręgi wynikały z aktywności termitów pod afrykańską ziemią – ale późniejsze odkrycie kręgów wróżek na australijskim odludziu skomplikowało narrację, wykazując, że kręgi wróżek można znaleźć bez trwałego związku z termitami.

Alternatywnie, naukowcy zaproponowali, że kręgi wróżek są wynikiem aranżacji roślin, aby jak najlepiej wykorzystać ograniczone zasoby wody w surowym, suchym środowisku.

Brzmi to wiarygodnie, a jeśli to prawda, byłoby to również kolejnym naturalnie występującym przykładem wzoru Turinga. Jednak naukowcy twierdzą, że nie ma zbyt wielu empirycznych dowodów na poparcie tej hipotezy, ponieważ fizycy, którzy mają tendencję do modelowania dynamiki Turinga tych systemów, rzadko prowadzą również prace terenowe na pustyni na poparcie swoich pomysłów.

„Istnieje silny brak równowagi między teoretycznymi modelami roślinności, ich apriorycznie przypuszczenia i brak empirycznego dowodu, że modelowane procesy są poprawne z ekologicznego punktu widzenia ”- zespół kierowany przez ekologa Stephana Getzina z Uniwersytetu w Getyndze w Niemczech wyjaśnia w nowym artykule.

Aby wypełnić tę lukę, Getzin i inni badacze przeszli spacer, używając dronów wyposażonych w kamery wielospektralne do badania kręgów wróżek z góry w pobliżu górniczego miasta Newman w regionie Pilbara w Australii Zachodniej.

Zgodnie z jedną z hipotez zespołu, układ kręgów wróżek według wzoru Turinga byłby silniejszy wśród traw o większej zależności od wilgoci.

Analizując przestrzenną separację traw o wysokiej i niskiej witalności oraz używając czujników wilgotności do sprawdzania odczytów na ziemi, zespół odkrył, że zdrowsze trawy o wysokiej witalności były systematycznie silniej kojarzone z kręgami wróżek niż z trawami o niskiej witalności.

Innymi słowy, po raz pierwszy mamy dane empiryczne, które sugerują, że kręgi wróżek są zgodne z wiekową teorią Turinga.

„Intrygujące jest to, że trawy aktywnie projektują własne środowisko, tworząc symetrycznie rozmieszczone wzory odstępów”, – mówi Getzin.

„Roślinność czerpie korzyści z dodatkowego odpływu wody dostarczanej przez duże kręgi wróżek, dzięki czemu suchy ekosystem funkcjonuje nawet w bardzo trudnych, suchych warunkach. Bez samoorganizacji traw obszar ten prawdopodobnie stałby się pustynią zdominowaną przez nagie gleba.”

Zdaniem naukowców trawy, które tworzą kręgi wróżek, rosną razem w sposób kooperacyjny, modulując swoje środowisko, aby lepiej radzić sobie w prawie wiecznej suchości niezwykle suchego ekosystemu.

Zespół twierdzi, że potrzeba jeszcze więcej pracy w terenie, aby dokładniej zweryfikować modele matematyczne, ale na razie wygląda na to, że możemy być bliżej niż kiedykolwiek zamknięcia książki na temat tego tajemniczego zjawiska.

„Tworząc okresowe wzory szczelin, roślinność czerpie korzyści z dodatkowych zasobów wodnych zapewnianych przez szczeliny w wróżkach”, autorzy wyjaśniają, „a tym samym utrzymuje funkcjonalność ekosystemu przy niższych wartościach opadów w porównaniu z jednolitą roślinnością”.

Wyniki są zgłaszane w formacie Journal of Ecology.