沙漠裡的「仙女圈」是什麼

2020-12-07 光明網

在非洲南部納米比亞沙漠，以及澳大利亞西部皮爾巴拉、美國愛達荷州等地，大片乾旱、貧瘠的土地上，均勻排列著上千個大小不等的圓圈，直徑大多在2米至15米。這些圓圈中荒草稀疏，有的甚至寸草不生。 這些神奇的圓圈被稱為「仙女圈」，它像一道難解的題，幾十年來困擾著幾代生態學家。它仍是自然界最大的謎團之一。最近，一個德國科研團隊的研究表明，「仙女圈」竟與計算機之父艾倫·圖靈所創立的理論有關。 總結之前世界各國研究團隊的理論，他們都發現，「仙女圈」與土壤的水分、養分以及極端天氣有關。它是植被在「搶奪」資源時所引起的一種自發現象。其資源競爭原理是：圓圈內土壤中不生長植被，所以水分及養分含量高，充當著水庫的角色，可以向圓圈邊沿和圓圈外的植被滲透水和營養。 多年來，來自德國哥廷根大學生態系統建模系的生態學家史蒂芬·格津，也在關注這些神秘的「仙女圈」。2019年，格津團隊用無人機和野外氣象站採集數據，對澳大利亞西部的「仙女圈」再次展開一系列研究。最近，他們發表論文稱，「仙女圈」和通常用於解釋自然界中重複模式的圖靈斑有著千絲萬縷的關係。 格津團隊在草地生態系統中，分析了「仙女圈」內外草的生長情況、大小與排布疏密程度以及土壤含水量。基於無人機的多光譜分析和空間顯式統計數據，他們測試了5個面積1公頃的樣板地，看草的活力是否取決於仙女圈模式。他們還檢查了高活力草叢和低活力草叢的關係，並在1平方米的小尺度上，評估了火災後草木在不同演替階段的情況。 結果發現，與低活力草相比，高活力草與「仙女圈」的系統相關性更高。「在自然科學中，將經驗生態學和物理學聯繫起來，是最具挑戰性但也是最有趣的努力之一。這些草通過形成對稱間隔的縫隙模式，積極地改造自己的環境。」格津說，植被得益於「仙女圈」提供的額外水分，即使在非常惡劣、乾旱的條件下，也能保持生態系統的功能。如果沒有草類的自我組織，這個地區很可能變成沙漠。 根據圖靈斑的形成原理，生命力較強的植被應當聚集在一起，而生命力較弱的植被則會隨機散布。他們關於生態學的發現，證明了「仙女圈」可以被圖靈斑圖解釋。在發表於《生態學雜誌》的論文中，他們寫道：正如理論模型所預測的，「仙女圈」是乾旱地區植被的重要額外水源，草是「生態系統工程師」，可改變其不利的非生物環境，從而導致植被「自組織」。可見，植被「仙女圈」模式可改變不利環境。

來源： 解放日報

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