“沙漠上神秘的仙女圈 竟源于草类自我“救赎””

尽管人类将触角伸向遥远的太空，但自己生活的地球上仍有许多谜团。

注意到随着航空空业和无人机的迅速发展，非洲南部纳米比亚沙漠、澳大利亚西部皮尔巴拉、美国爱达荷州等，干燥的广袤不毛土地上大小不等的圆圈等间隔排列，直径约为2米至15米， 这些圆圈中有些荒草稀少，连草都不长。

这些不可思议的圆圈被称为“仙女圈”，就像难解的问题一样，几十年来困扰着几代生态学家。 是自然界最大的谜团之一。 最近，德国科学研究小组的研究表明，仙女圈与计算机之父艾伦·图灵创立的理论有关。

从生物学的观点来看，建造仙女圈的是白蚁

纳米比亚沙漠之间分布着数千个神秘的秃顶斑圆，包围圆的是高高的草，这样的景观常常绵延数千米，从高度空俯视，令人幻想。 对此，有多种解释，如土壤中的物质含量、陨石、不明飞行物、原住民死亡后的“幽灵”等。

有人认为这些圆圈是“仙女”做的，也有人说这些圆圈是外星人来到这些地区时留下的“痕迹”。 根据纳米比亚的传说，地底深处隐藏着巨龙，呼出的毒气杀死了地表的植被，形成了这些圆圈。

神秘的仙女圈确实开了脑洞，人们提出了各种各样的推测，但要弄清其来源，就必须依赖科学考察和深入研究。

年，德国汉堡大学的生物学家诺伯特·尤根斯主张发现了仙女圈形成的秘密。

尤根斯往返纳米比亚几十次，花了6年多的时间研究仙女圈。 在各采集的仙女圈里，他几乎发现了鼻白蚁科的沙地白蚁。 而且，这些小家伙的巢穴几乎总是位于仙女圈的中央，那里的土壤湿度明显高于圈外地带。

尤尔根斯说，这些白蚁在土壤中挖洞时破坏了植物的根，通过吃植物的根，使圆中的土壤变得贫瘠，植物不再生长。 因为这雨水可以直接向下渗透，聚集在地下，住在圆里的白蚁可以在干燥的沙漠中获得足够的水分和食物，在恶劣的环境中生存。 尤根斯估计，白蚁组成了这样的圆圈。

但是，美国佛罗里达州立大学的生物学家沃尔特·丘吉尔对此表示怀疑，并强调尤尔根斯混淆了因果关系。

南非开普敦大学的生物学家迈克尔·克雷默也认为“白蚁说”不符合常识。 他在《公共图书馆综合》杂志上发表的研究表明，解释仙女圈现象理论需要克服的首要障碍是解释圆的规则分布、大小以及它们为什么是环状的。 克雷默说，白蚁为什么会产生如此大且均匀分布的圆，尤尔根斯的理论没有解释真正的原因。

非生物过程的观点与土壤水分养分和极端天气有关

奇盖尔曾研究过，小型仙女圈平均只维持24年，大仙女圈可以存在75年。 但是，关于仙女圈最初是如何形成的以及为什么消失的，他的研究还没有明确。

但是克雷默的团队发现，降雨量决定了纳米比亚沙漠小仙女圈的分布，小仙女圈似乎只存在于降雨量稳定和稀少的地区。 如果雨水过多，大量的植物将缓和与资源的竞争，这些小仙女圈将关闭。 如果雨下得太少，竞争会异常激烈，小仙女圈也会再次消失。 因为小仙女被这样狭小的湿度范围包围着，所以每年都会因为降雨量的差异而突然消失，或者突然再次出现。 基于这个逻辑，研究者们发现可以预测仙女圈的分布，精度达到95%。 此外，仙女圈之间的规则间隔可能是各圈周边的草和其他圈之间为了资源而竞争的结果。

当然，克雷默也没有否定仙女圈和白蚁的存在之间的关联。 他认为建立仙女圈是植物之间的竞争。 白蚁是第二个现象，它充当仙女圈的维修员，可以杀死出现在圈中央的草。

年，来自美国科罗拉多大学的迈克尔·克拉玛依和同事妮可·巴格测量了纳米比亚仙女圈的大小和序列密度，发现这些数据也与土壤中水分和养分的含量有关。

和克雷默小组的观点一样，他们认为只要当地降雨量小，土壤贫瘠，地面就会形成多个巨大的仙女圈，这些泥沙圈可以储存水分、养分，通过渗透供给周边植被。 相反，当当地降雨量增多，土地富含养分时，小仙女圈就会稀稀落落地变小。

总结一下，这些研究小组发现仙女圈是植被“夺走”资源时引起的自发现象。 其资源竞争原理是，由于圆内的土壤没有植被生长，水分和养分含量高，起到“水库”的作用，能够将水和营养渗透到圆的边缘和圆外的植被中。

图灵斑的观点植被仙女圈模式可以改变不利的环境

多年来，来自德国哥廷根大学生态系统建模系的生态学家斯蒂芬·格津也关注着这些神秘的小仙女圈。 2019年，格津团队通过无人机和野外气象站收集数据，对澳大利亚西部的小仙女圈重新展开了一系列研究。 最近，仙女圈发表文章称，为解释自然界的重复模式，普遍使用的图灵斑和千丝万缕有关系。

格津团队在草地生态系统中分析了仙女圈内外草的生长状况、大小和配置疏密程度、土壤含水量。 基于无人机多光谱分解和空之间的显式统计数据，他们测试了5块面积1公顷的模板地，看看草的活力是否依赖于仙女圈模型。 他们还检查了高活力草丛与低活力草丛的关系，用一平方米的小尺度，判断了火灾后草木在不同演替阶段的情况。

结果表明，与低活力草相比，高活力草与仙女圈的系统相关性更高。 “在自然科学中，将经验生态学和物理学联系起来，是最具挑战性，也是最有兴趣的努力之一。 这些草通过形成对称间隔的间隙模式，积极改造自己的环境。 ”。 格津先生说，植被通过来自仙女圈的额外水分，即使在非常恶劣干燥的条件下也能维持生态系统的功能。 如果没有草类的自组织，这个地区很可能变成沙漠。

根据图灵斑的形成原理，生命力强的植被必须凝聚，生命力弱的植被随机散布。 关于生态学的发现，他们说明了仙女圈可以通过图灵模式来解释。 在《生态学杂志》上刊登的论文中，他们写道，正如理论模型预测的那样，仙女圈是干旱地区植被的重要附加水源，草是“生态系统工程师”，会改变不利的非生物环境，导致植被的“自组织”。

延伸阅览

图灵模型可以解释动物的各种斑纹

计算机之父艾伦·图灵在普林斯顿大学时提出了“通用计算机”的概念。 鲜为人知的是，在图灵生命的最后几年，其精力大多致力于数理生物学，特别是对生物图案有很多重要的研究。

图灵注意鱼的胚胎发育时发现，在胚胎初期阶段，所有细胞的形态都完全相同。 但是，胚胎中不同部位的细胞分别聚集在一起，开始向不同的形态迅速发展。 图灵想知道原本对称的球状胚胎发育成不对称胚胎的机制。 是什么打破了这种对称性呢？ 1952年，图灵发表了人类科学史上第一篇用数学模型解释胚胎不对称纹样的论文，用二次抛物方程模拟了生物体内发生的这种“自组织”现象。

假设图灵在溶液中有两种分子，分别称为“活化剂”和“抑制剂”，通过重复“活化—抑制”的过程可以形成重复的斑纹结构，这种结构称为图灵斑。 该机制被命名为“反应——扩散机制”，也称为图灵模型。

20世纪80年代，美国生物学家詹姆斯·默里发现，利用图灵模型可以解释斑马、长颈鹿、海螺等自然界动物的各种斑纹。 哺乳动物通过作用于生成黑色素的基因途径，可以产生从茶色到黑色的各种颜色。 年，牛津大学的科学家菲利普·迈尼等人发现了两组“活化剂——抑制剂”，反应后在豹皮上生成了半封闭圆环模式。 这就是图灵模型的美妙之处。 (科技日报记者 赵汉斌)