الدوائر الغامضة في الصحراء شرحها نظرية آلان تورينج منذ 70 عامًا

كان ذلك عام 1952 ، وكان آلان تورينج على وشك إعادة تشكيل فهم البشرية للبيولوجيا.

في ورقة تاريخية، قدم عالم الرياضيات الإنجليزي ما أصبح يعرف باسم نمط تورينج – الفكرة القائلة بأن ديناميكيات بعض الأنظمة الموحدة يمكن أن تؤدي إلى أنماط مستقرة عند الاضطراب.

لقد أصبح هذا “الترتيب من الاضطراب” الأساس النظري لجميع أنواع الأشكال الغريبة والمتكررة التي نراها في العالم الطبيعي.

كانت نظرية جيدة. جيد جدًا ، في الواقع ، بعد عقود ، ما زال العلماء يكتشفون أمثلة مذهلة على ذلك في أماكن غير عادية وغريبة: تم إحياء أنماط تورينج الواقعية في أماكن لم تتح لتورنج نفسه فرصة لرؤيتها.

تبين أن أحدث تجسد لهذه الظاهرة النظرية هو الدوائر الخيالية – تشكيلات غامضة من العشب الصحراوي تنمو حول بقع دائرية واضحة من التربة القاحلة ، تم توثيقها لأول مرة في صحراء ناميب بجنوب إفريقيا.

صورة طائرة بدون طيار لدوائر خرافية أسترالية. (ستيفان جيتزين / جامعة غوتنغن)

تراوحت تفسيرات وجودهم من الأسطورية إلى العادية ، ومؤخراً ، منذ بضع سنوات ، لا تزال أصولهم قيد المناقشة. في وقت مبكر ، كان هناك رأي مفاده أن الدوائر الغريبة كانت بسبب نشاط النمل الأبيض تحت التربة الأفريقية – لكن الاكتشاف اللاحق لدوائر الجنيات في المناطق النائية الأسترالية أدى إلى تعقيد السرد ، مما يدل على أن الدوائر الخيالية يمكن العثور عليها بدون ارتباط وثيق بالنمل الأبيض.

بدلاً من ذلك ، اقترح العلماء أن الدوائر الخيالية هي نتيجة قيام النباتات بترتيب نفسها لتحقيق أقصى استفادة من موارد المياه المحدودة في بيئة قاحلة قاسية.

يبدو ذلك معقولًا ، وإذا كان صحيحًا ، فقد يكون أيضًا مثالًا آخر يحدث بشكل طبيعي لنمط تورينج. ولكن لا يوجد الكثير من الأدلة التجريبية لدعم الفرضية ، كما يقول الباحثون ، لأن أنواع الفيزيائيين الذين يميلون إلى نمذجة ديناميكيات تورينج لهذه الأنظمة نادرًا ما ينتهي بهم الأمر أيضًا بإجراء عمل ميداني في الصحراء لدعم أفكارهم.

“هناك خلل قوي في التوازن بين نماذج الغطاء النباتي النظري بداهة الافتراضات وندرة الدليل التجريبي على صحة العمليات المنمذجة من وجهة نظر بيئية ، “فريق بقيادة عالم البيئة ستيفان جيتزين من جامعة غوتنغن في ألمانيا يشرح في ورقة جديدة.

لسد هذه الفجوة ، سار Getzin وزملاؤه من الباحثين باستخدام طائرات بدون طيار مزودة بكاميرات متعددة الأطياف لمسح الدوائر الخيالية من فوق بالقرب من مدينة التعدين نيومان في منطقة بيلبارا في غرب أستراليا.

وفقًا لإحدى فرضيات الفريق ، سيكون ترتيب نمط تورينج للدوائر الخيالية أقوى بين الأعشاب مع اعتماد أكبر على الرطوبة.

من خلال تحليل الفصل المكاني لكل من الحشائش عالية ومنخفضة الحيوية ، واستخدام مستشعرات الرطوبة للتحقق من القراءات على الأرض ، وجد الفريق أن الأعشاب الأكثر صحة وحيوية كانت مرتبطة بشكل منهجي بدرجة أكبر بالدوائر الخيالية من الأعشاب منخفضة الحيوية.

بعبارة أخرى ، لأول مرة ، لدينا بيانات تجريبية تشير إلى أن الدوائر الخيالية تتطابق مع نظرية تورينج القديمة.

“الشيء المثير للاهتمام هو أن الحشائش تعمل بنشاط على هندسة بيئتها من خلال تشكيل أنماط فجوات متناظرة ،” يقول Getzin.

“يستفيد الغطاء النباتي من المياه الجارية الإضافية التي توفرها دوائر الجنيات الكبيرة ، وبالتالي يحافظ على عمل النظام البيئي القاحل حتى في الظروف القاسية والجافة للغاية. وبدون التنظيم الذاتي للأعشاب ، من المحتمل أن تصبح هذه المنطقة صحراء ، يسيطر عليها الجرداء التربة “.

وفقًا للباحثين ، فإن الأعشاب التي تشكل الدوائر الخيالية تنمو معًا بطريقة تعاونية ، مما يعدل بيئتهم للتعامل بشكل أفضل وسط الجفاف شبه الدائم لنظام بيئي جاف للغاية.

يقول الفريق إنه ستكون هناك حاجة إلى مزيد من العمل الميداني للتحقق من صحة النماذج الرياضية ، ولكن في الوقت الحالي ، يبدو أننا قد نكون أقرب من أي وقت مضى لإغلاق الكتاب حول هذه الظاهرة الغامضة.

“من خلال تشكيل أنماط فجوة دورية ، يستفيد الغطاء النباتي من الموارد المائية الإضافية التي توفرها فجوات دائرة الجنيات ،” يشرح المؤلفون، “وبالتالي يحافظ على عمل النظام البيئي عند قيم هطول أقل مقارنة بالنباتات الموحدة.

تم الإبلاغ عن النتائج في مجلة علم البيئة.