这些神奇圆圈,与图灵的理论有关?

本文来自民众号:道理(ID:principia1687),作者:Maxi,题图来自:Twitter@NaturelsWeird

假如你去到位于非洲南部的纳米比亚戈壁,能够看到如许一幅令人惊叹的景致:一般生长的草丛中心涌现了上千个匀称分列的圆圈,它们大小不等,直径大多在2-15米。这些圆圈中的草异常希罕,有的圆圈中以至寸草不生。

不止在非洲,这些奇异的圆圈还涌如今澳大利亚西部的皮尔巴拉和美国的爱达荷州等地,这些地区都有着大片干旱瘠薄的地皮。这一天然异景被称为“仙女圈”,它是天然界最大的谜团之一。

有人以为这些圆圈是“仙女”制造的,也有人说外星人曾在这些地区着陆。纳米比亚本地还流传着如许一个传说:在地下深处生在世一条巨龙,它呼吸时的毒气杀死了地上的植被,构成了这些圆圈。

这些民间传说的想象力异常雄厚,而科学研讨则尝试从科学的角度给出合理的诠释。虽然还没有定论,但研讨人员已提出了很多种差别的假说。

Norbert Juergens是一名对仙女圈异常入神的生态学家,他曾前去纳米比亚多达40次,对仙女圈举行了为期6年的研讨。几乎在每一个被采样的仙女圈中,他都发明了一种名为Psammmotermes allocerus的白蚁。

2013年,Juergens提出,制造仙女圈的“仙女”恰是这类白蚁。他诠释说,这些白蚁在泥土中钻洞时破坏了植物的根部,并会以植物的根为食,这使圆圈内的泥土变得瘠薄,植物不再生长。如许一来,雨水能够径直向下渗入,并搜集在地下。因而,生活在圆圈内的白蚁便能够在枯燥的戈壁中取得足够的水份和食品,在卑劣的环境中生存下来。

2019年,哥廷根大学的Stephan Getzi和同事们对澳大利亚的48个仙女圈举行了研讨,他们以为,虽然在仙女圈中发明了白蚁,但白蚁与仙女圈的构成并没有关联,依附白蚁没法形成这么大规模且分列麋集的圆圈。他们研讨了仙女圈地区的泥土压实度和黏粒含量,表明仙女圈是由非生物历程构成的,比方旋风中的大雨、极度高温文蒸发等。

但是,这两种说法现在都未获得广泛承认,现在关于仙女圈的主流诠释尚有其他。

2014年,科罗拉多大学的Michael Cramer和同事Nichole Barger测量了纳米比亚仙女圈的大小和分列密度,发明这些数据都与泥土中的水份和养分含量有关。

假如地区的降雨量较小,泥土瘠薄,地面上则会构成大批巨型的仙女圈,这些圆圈能够贮存水份和养分并经由过程渗入的体式格局提供给周边的植被。相反,假如地区的降雨量较大,地皮富含养分,则仙女圈会排布希罕并变小。总结来讲,仙女圈是植被举行资本合作时所引发的一种自觉的征象。

这些神奇圆圈,与图灵的理论有关?

资本合作道理:圆圈中泥土中不生长植被,所以水份及养分含量高,充当着“水库”的角色,能够向圆圈边缘和圆圈外的植被渗入水和养分。| 图片泉源:[4]

近期,关于仙女圈的研讨又有了新的希望。Stephan Getzi应用无人机和野外气象站收集数据,对澳大利亚西部的仙女圈再次展开了一系列研讨,发明仙女圈与图灵斑图(Turing pattern)有着千丝万缕的关联。

艾伦·图灵(Alan Turing)在破译代码和人工智能方面的造诣更为人所知,但图灵实在一样历久处置生物数学的研讨。

上世纪中叶,图灵提出,假如有两种特定的物资(份子、细胞等),个中一种能够增进图案的生成,一种抑止图案的生成。这两种物资回响反映漫衍,会自觉地组织成花纹、条纹、环纹、螺旋或是斑点等构造。这些构造被称为图灵斑图,在生物界,它常常被用来诠释斑马鱼和豹身上的条纹。

这些神奇圆圈,与图灵的理论有关?

回响反映漫衍方程,它形貌了回响反映漫衍理论中的两种化学物资是怎样举行回响反映和漫衍的。| 参考泉源:[7]

一些初期对仙女圈的研讨表明,图灵斑图大概适用于仙女圈,而Stephan Getzin的研讨经由过程大批无人机拍摄的图片和气象站的数据,剖析了仙女圈表里草的生长状况、仙女圈的大小与排布疏密水平以及泥土的含水量,对图灵斑图的假说举行了考证。

假如仙女圈图案符合图灵斑图,那末仙女圈的生造诣不是随机的,而是与植物的生长状况有关。研讨发明,因为仙女圈内无植被的泥土能够贮存水份,其四周的植被汲取了更多的水份,比其他地区的植被生命力更强。这些生命力强的植被异常有规律地呈现出靠近六边形的分列体式格局,与回响反映漫衍模子的模仿效果符合。

别的,依据图灵斑图的构成道理,生命力较强的植被应该群集在一起,而生命力较弱的植被则会随机漫衍。实地视察效果与这一假定符合,进一步证明了仙女圈能够被图灵斑图诠释。

干旱地区的植被就像生态系统的工程师一样,它们经由过程仙女圈的体式格局重新分配了生态系统中的水资本,调治本身所处的生态环境。因而,纵然在异常枯燥卑劣的条件下,生态系统也能一般运转。假如植被没有自觉地举行调治,这些地区大概就会变成大片泥土袒露的戈壁。

参考泉源:

[1] https://www.nytimes.com/2013/03/29/science/fairy-circles-in-africa-may-be-work-of-termites.html?_r=0

[2] https://arstechnica.com/science/2013/03/by-building-fairy-circles-termites-engineer-their-own-ecosystem/

[3] http://www.sci-news.com/biology/australian-fairy-circles-06947.html

[4] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0070876

[5] https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200922102429.htm

[6] Stephan Getzin, Todd E. Erickson, Hezi Yizhaq,Miriam Muñoz‐Rojas, Andreas Huth, Kerstin Wiegand. Bridging ecology and physics:Australian fairy circles regenerate following model assumptions onecohydrological feedbacks. Journal of Ecology, 2020; DOI:10.1111/1365-2745.13493

[7] https://teamhoudini.wordpress.com/2018/10/05/pattern-formation-alan-turing/

本文来自民众号:道理(ID:principia1687),作者:Maxi

原创文章,作者:28rg新闻网,如若转载,请注明出处:https://www.28rg.com/archives/38119.html