"Cudowne koła" na pustyni Namib można modelować • Elena Naimark • Wiadomości naukowe o "elementach" • Ekologia

Wspaniałe Kręgi na Pustyni Namib można modelować

Ryc. 1. Oto jak tajemnicze kręgi wyglądają na szczycie Pustyni Namib: wśród trawy z pewną regularnością występują łyse plamy nagiej ziemi (o średnicy 2-12 m) otoczone wąskimi "obrońcami" grubszej trawy. Zdjęcia z smithsonianmag.com

Naukowcy zaproponowali kompleksowy model powstawania tzw. "Cudownych kręgów" w Namibii – regularny wzór łysych plam w osłonach roślinności na pustyni. Model ten uwzględnia rywalizację roślin o wilgoć, która jest wiodącym czynnikiem w suchym klimacie, a także aktywność termitów, które niszczą całą roślinność ponad ich gniazdami. Gniazda termitów, jak się okazało podczas badania modelu, mogą być formowane ze znaną przestrzenną regularnością, a zatem pokrywa roślinna nad gniazdami również zyskuje odpowiednio zorganizowaną formę. Dodanie relacji konkurencyjnych między roślinami nadaje modelowi jeszcze większego realizmu, wyjaśniając powstawanie nowych kręgów i zarastanie starych, brak łysych plam w wilgotnym klimacie, a także wtórne nierówności w rozmieszczeniu okrywy trawiastej między okręgami.Badanie to sprawia, że ​​poszukiwania przyczyn powstawania takich kręgów podążają w nowym kierunku, wskazując na potrzebę zbadania parametrów, które nie zostały jeszcze uwzględnione.

"Cudowne kręgi" (patrz koło wróżek) na pustyni Namib (ryc. 1) są uznawane za jedną z tajemnic naszych czasów. Dlaczego nagie plamy pojawiają się w jednolitej pokrywie roślinnej? I byłoby dobrze, gdyby te nagie miejsca pojawiły się w jednym miejscu, ale nie – rozciągają się na dwa tysiące kilometrów przez całą Namibię z Południowej Afryki do Angoli. W związku z tym nie jest to zjawisko egzotyczne, powstałe w wyniku przypadkowego zbiegu wyjątkowych okoliczności, ale manifestacja sił obowiązkowych na całym terytorium o długości tysiąca kilometrów.

Nie można powiedzieć, że tajemnica namibijskich "cudownych kręgów" nie była próbowana do rozwikłania. Wręcz przeciwnie, koła te przyciągnęły sporo wysiłku naukowego. Badania ich rozmieszczenia przestrzennego, różnorodności gatunkowej, pomiaru składu gleby, jej wilgotności i innych parametrów stworzyły dwie alternatywne hipotezy. Obie te hipotezy są zbudowane na podstawie dowodów, więc są postrzegane jako równe.

Po pierwsze plamy odpowiadają termitom, które pochłaniają korzenie roślin i martwą biomasę.Tak więc, gdy istnieje kolonia termitów, powstaje łysina, która może być utrzymywana przez jakiś czas po śmierci kolonii.

Druga hipoteza głosi, że wzór roślinności powstaje w wyniku rywalizacji poszczególnych roślin o wilgoć. Wokół miejsca aktywnego wzrostu wilgotności trawy zmniejsza się, przestaje rosnąć wokół tego miejsca. Ale na samym miejscu dodatkowe cieniowanie stwarza dogodne warunki do jego wzrostu. Istnieje optymalny stosunek powierzchni zaludnionych i niezamieszkanych, ciągłe działanie sił konkurencyjnych i kooperacyjnych tworzy regularny wzór w pokryciu roślinności.

Zwolennicy pierwszej hipotezy polegają na skoordynowanym rozmieszczeniu plam i gniazd termitów i mrówek, badaniu diety termitów (natychmiast jedzą pędy umieszczone w kółko), pomiarach wilgotności gleby (okazuje się, że są wyższe w okręgach niż okręgi zewnętrzne). Wyższa wilgotność w kręgach jest korzystna dla istnienia termitów i jest określona właśnie przez brak roślin.

Przeciwnicy – a zatem zwolennicy drugiej teorii – obiekt, który termity nie mogą stworzyć regularnego wzorca. Nieuchronnie będzie to przypadkowe, podobnie jak rozkład gniazd termitów.Ale – i to jest silny argument – podobne kręgi są znane na australijskiej pustyni, ale nie ma w nich termitów, a gniazda termitów są rozmieszczone inaczej niż koła (ryc. 2). Według zwolenników tej hipotezy, regularny wzorzec w pokryciu roślinności może być określony jedynie przez globalne interakcje środowiskowe konkurencji i wzajemnej pomocy, podobne zawsze i wszędzie.

Ryc. 2 "Cudowne kręgi" (łysiny plamy z czerwonej cegły) w Australii, w suchym regionie Pilbara (patrz Pilbara), zajmującym powierzchnię około półtora tysiąca metrów kwadratowych. km; rozmieszczenie termitów i mrówek w tym obszarze nie odpowiada rozkładowi roślinności. Z artykułu: S. Getzin i wsp., 2016. Odkrycie kręgów baśni w Australii wspiera teorię samoorganizacji

Eksperci z Wydziału Ekologii i Biologii Ewolucyjnej na Uniwersytecie Princeton (USA) próbowali rozwiązać obie hipotezy wraz z kolegami z Centrum Badawczego Mpala (Kenia), University of Idaho (USA), Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie (Izrael) i Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow (Zjednoczone Królestwo). Zrobili model, w którym wzięli pod uwagę oba czynniki – "wywrotową" działalność termitów i konkurencję roślin dla cennej wilgoci.

Najpierw sprawdzili model, czy w powłoce roślinnej może powstać regularny wzór w wyniku termitów "odpędzania". W tym celu konieczne było zaakceptowanie następujących prostych, ale dość realistycznych warunków. Kolonie termitów mają pewien obszar paszowy, a im większe gniazdo, tym większe terytorium. Kolonie termitów rywalizują o terytorium, jeśli gęstość kolonii staje się duża. Młode kolonie są budowane na wolnych terytoriach, ale mogą zostać zniszczone przez dużą kolonię w sąsiedztwie. I wreszcie, życie kolonii jest ograniczone, to znaczy nawet duża kolonia przestaje istnieć po pewnym czasie.

Wszystkie te właściwości biologiczne mają wyrażenia ilościowe, które stały się parametrami tego modelu. Parametry obliczono na podstawie rozkładu kilku populacji mrówek i termitów na różnych kontynentach. Wdrożenie modelu z parametrami dla różnych populacji pokazało, że formowanie się prawidłowości w lokalizacji gniazd owadów społecznych jest całkiem prawdopodobne. Tak więc jeden z argumentów przeciwników teorii "termitów" został usunięty: gniazda owadów społecznych są rozmieszczone w przestrzeni w uporządkowany sposób, a co za tym idzie,ich obszary żerowania – "cudowne kręgi" – również otrzymują pewną uporządkowaną postać.

Jeśli narzucimy temu modelowi kilka zasad dotyczących życia roślin, to wynikowy model będzie jeszcze bliższy rzeczywistości. Zasady te, czyli model samoorganizacji okrywy roślinnej w warunkach lokalnych w zależności od wilgotności, sugerują, po pierwsze, rywalizację o wilgoć i intensywny wzrost trawy w mokrych miejscach, po drugie, tworzenie pustej przestrzeni wokół siebie z powodu miejscowego zubożenia wilgoci, Po trzecie, gdy rośnie blisko sąsiadów, wzrost roślin jest przyspieszony z powodu wzajemnego cieniowania. Uwzględnia także zmianę tempa wzrostu wraz z ogólną zmianą wilgotności – na przykład, jeśli nadejdzie pora deszczowa. Dla tego modelu obliczono również odpowiednie parametry dla różnych klimatów.

Połączony model dał bardzo wiarygodne szczegóły, które nie zostały uzyskane w obu modelach, wzięte osobno (ryc. 3). Jedną z takich cech połączonego modelu jest tworzenie grubej, trawiastej krawędzi "cudownych kółek". Jedząc rośliny nad swoim gniazdem, termity nie tylko usuwają wilgoć z konsumentów, ale także rozluźniają glebę. W rezultacie wilgoć gromadzi się w kole, a więcej roślin może rosnąć wokół tego mokrego miejsca.Ich korzenie są skierowane do środka miejsca.

Ryc. 3 Charakterystyczny zasięg wegetatywny pomiędzy "cudownymi okręgami" (przykład okręgów Namibii): a to ogólny pogląd; b – przestrzeń między okręgami z drugorzędnymi nieregularnościami powłoki; c – imitacja tej samej powłoki w modelu, trawa jest pokazana na zielono na brązowej ziemi; skala jest taka sama jak w b i c; d – analiza (Fourier) obszarów drugorzędnych plamek traw w modelu i danych rzeczywistych. Można zauważyć, że charakter wzrostu trawy między plamami jest bardzo podobny, dlatego jest zadowalająco wyjaśniony przez proponowany model. Ryc. z danego artykułu Natura

Kolejnym wynikiem połączonego modelu jest gwałtowny zarastanie kół wraz ze wzrostem opadów. Jeśli ilość opadów wzrasta, tempo wzrostu trawy staje się wyższe niż tempo jej wykorzystania przez owady. To tłumaczy brak łysych plam w bardziej wilgotnym klimacie; tam, wręcz przeciwnie, zgodnie z przewidywaniami modelu, gnieżdżą się nad gniazdami gęsto zarośnięte płaty roślinności.

Ryc. 4 Huvelthzhi (w tłumaczeniu oznacza "małe wzgórza") w Parku Narodowym Tygerberg (rezerwat przyrody Tygerberg) w Afryce Południowej. Zdjęcie z cameratrap.mywild.co.za

Poza tym w modelowej imitacji pokrywy roślinnej pojawiły się drugorzędne, bardziej małoskalowe wzory.Rzeczywiście, w przestrzeniach pomiędzy plamami trawa rośnie nierównomiernie, tworząc gęste grona przeplatane plamami rzadkiej trawy. Niespodziewanie, ale połączony model pokazał te grube i słabe obszary. Ich powierzchnia i rozmieszczenie są zgodne z rzeczywistym obrazem.

Ryc. 5 Niezwykły rozkład roślinności (ten rodzaj nazywany jest "murundus", co oznacza "duże stosy ziemi") w Parku Narodowym Emas w Brazylii. Zdjęcie © Edu Jung z serwisu panoramamio.com

Ale nauka nie byłaby nauką, gdyby proponowane rozwiązanie nie powodowało nowych problemów i nowych sporów. Jednym z nich jest to, czy model ma zastosowanie do wszystkich podobnych zjawisk, a oprócz "wspaniałych kręgów" Namibii i Australii istnieją również Huveltjies (ryc. 4) (Heuweltjie) w prowincji Western Cape w Republice Południowej Afryki, "campos de murundus" w Brazylii (ryc. 5) ) (patrz AT de Oliveira-Filho, 1992. Murge of the Island-Effect na Wspólnocie Roślinnej), kopce Mima w Ameryce Północnej.

Ryc. 6 Mima Mounds na preriach stanu Waszyngton (USA). Zdjęcia z darkroastedblend.com

Tak więc, w australijskich "cudownych kręgach" (patrz ryc. 2), wilgoć w glebie nie jest w ogóle rozprowadzana w taki sam sposób jak w kręgach namibijskich. Tam, poza kręgami, gleba jest bardziej wilgotna niż wewnątrz kręgów, a okrąg na górze jest pokryty odpornym na wilgoć utwardzonym glinianym ciastem.Wilgoć spływa z tej skorupy do krawędzi, tworząc nadmiar wilgoci na obwodzie. Dlatego trawiaste obrzeże "cudownego koła" rośnie wzdłuż obwodu łysych plam. To wyjaśnienie jest nie mniej logiczne niż złożony model termiczno-ekologiczny. Porównując kręgi australijskie i namibijskie, naukowcy będą teraz musieli zastanowić się nad pochodzeniem koła i nad tym, dlaczego nad nim może wytworzyć się błoto. Do tego potrzebny jest inny zestaw danych. Tak więc publikacja w Natura nie położył kresu tajemnicy cudownych kręgów, ale nadał poszukiwaniu nowy kierunek.

Źródło: Corina Tarnita, Juan Bonachela, Efrat Sheffer, Jennifer A. Guyton, Tyler C. Coverdale, Ryan A. Long i Robert M. Pringle. Teoretyczny fundament dla regularnych wzorów wegetacji na wiele skal // Natura. 2017. V. 541. P. 398-401.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: