Модель Тьюринга объяснила происхождение австралийских «кругов фей»

Ученые выяснили, что растительные узоры, которые встречаются в Австралии и Африке, подчиняются морфогенетической концепции Алана Тьюринга и могут выступать «экоинженерами», изменяя враждебную и засушливую среду и поддерживая работу экосистемы.

В 1952 году британский математик Алан Тьюринг опубликовал работу «Химические основы морфогенеза», в которой описал процесс самоорганизации материи. Концепция Тьюринга состояла в том, что в некоторых системах из-за случайных возмущений и механизма «реакция — диффузия» могут самопроизвольно возникать сложные структуры. С помощью этой модели уже удалось объяснить необычный окрас некоторых животных, например зебр и леопардов.

Ранее ученые предполагали, что модель можно использовать для описания того, как возникают странные растительные узоры, которые жители северо-запада Австралии и Намибии, страны в юго-западной Африке, называют «кругами фей». Они представляют собой фрагменты «голой» земли диаметром от четырех до десяти метров, вокруг которых растет трава. Рядом с каждым из них обычно есть шесть таких же «соседей»: они расположены примерно на одном расстоянии друг от друга и вместе образуют рисунок, напоминающий сетку.

Систематическая и детальная полевая работа ученых из Германии и Австралии позволила впервые в такой экосистеме всесторонне проверить, подчиняются ли круги модели Тьюринга. Команда использовала дроны и постоянную запись данных с полевой метеостанции, чтобы выяснить, насколько хорошо растут в Западной Австралии травы рода триодия (вечнозеленые многолетние растения, эндемик Австралии). Подробности исследования опубликованы в журнале Journal of Ecology.

Результаты показали, что круги служат дополнительным источником воды для растений в засушливой местности. «Голая» земля в центре покрыта непроницаемой для осадков глинистой коркой, из-за чего вода стекает к периферии, где и растут травы. В свою очередь, защитный покров трав помогает снижать температуру поверхности почвы в самое жаркое время суток и способствует росту. Таким образом, растения перераспределяют водные ресурсы, модифицируя среду, чтобы лучше справляться с засухой, и выступают как «экосистемные инженеры».

«Без самоорганизации трав эта область, скорее всего, превратилась бы в пустыню с абсолютно “голой” почвой», — рассказал доктор Стефан Гетцин, профессор кафедры моделирования экосистем Геттингенского университета. Он отметил, что развитие, согласно модели Тьюринга, помогло растениям построить лучшие условия для выживания во враждебной среде.

Авторы работы добавили, что необходимы дополнительные полевые исследования, чтобы изучить, сколько времени нужно растениям для формирование «кругов фей».