Fairy circle: il modello matematico di Turing spiega la formazione

I cerchi (o anelli) fatati – formazioni circolari di erbe o funghi naturali – sono uno dei più grandi enigmi della natura. Un team di ricerca internazionale guidato dall’Università di Göttingen (Germania) ha raccolto, per la prima volta, dati dettagliati per dimostrare che il modello sviluppato dal matematico britannico Alan Turing spiega i modelli di vegetazione dei cerchi delle fate australiani. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che le erbe che compongono questi standard agiscono come “eco-ingegneri” per modificare il proprio ambiente ostile e arido, mantenendo così il funzionamento dell’ecosistema. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Journal of Ecology.

Ricercatori provenienti da Germania, Australia e Israele hanno condotto uno studio approfondito sul campo nell’entroterra remoto (interno del deserto) dell’Australia occidentale. Hanno utilizzato la tecnologia dei droni, le statistiche spaziali, la mappatura del campo e la registrazione continua dei dati da una stazione meteorologica sul campo. Con il drone e una telecamera multispettrale, i ricercatori hanno mappato lo “stato di vitalità” delle erbe Triodia (con quale forza e qualità sono cresciute) in cinque aree di un ettaro e le hanno classificate come ad alta o bassa vitalità.

Il lavoro sul campo sistematico e dettagliato ha consentito, per la prima volta in un tale ecosistema, un test completo della teoria del “modello di Turing”. Il concetto di Turing predisponeva che, in certi sistemi, a causa di disturbi casuali e di un meccanismo di “reazione-diffusione”, l’interazione tra solo due sostanze fosse già sufficiente per consentire a strutture fortemente standardizzate di emergere spontaneamente.

Modelli intriganti

I fisici hanno utilizzato questo modello per spiegare i sorprendenti modelli di pelle e di manto delle zebre o dei leopardi, ad esempio. La modellazione precedente aveva suggerito che questa teoria potesse essere applicata a questi intriganti modelli di vegetazione e ora ci sono dati robusti che confermano che il modello di Alan Turing si applica ai cerchi delle fate australiani.

I dati mostrano che l’esclusivo modello di divario dei cerchi delle fate australiani, che si verificano solo in una piccola area a est di Newman City, emerge da uno scenario eco-idrologico, dalla biomassa e dall’acqua. In effetti, i cerchi delle fate – con i loro grandi diametri di 4 metri, croste di argilla originate dalla conseguente usura e deflusso – sono una fonte di acqua extra critica per la vegetazione arida della terra. I grappoli di vegetazione aumentano l’ombreggiatura e le infiltrazioni d’acqua intorno alle radici vicine. Negli anni, si sono fuse sempre di più ai margini degli spazi della vegetazione per formare una barriera progettata per massimizzare l’assorbimento dell’acqua dal flusso del cerchio fatato.

Spaziatura simmetrica

Il dottore. Stephan Getzin, del Dipartimento di modellazione dell’ecosistema presso l’Università di Göttingen, spiega: “La cosa sconcertante è che le erbe stanno attivamente progettando il proprio ambiente, formando schemi di spazi simmetricamente disposti. La vegetazione beneficia del deflusso aggiuntivo fornito dai grandi cerchi fatati, e mantiene così funzionale l’arido ecosistema, anche in condizioni molto avverse e secche”. Ciò contrasta con la copertura vegetale uniforme osservata in ambienti con minore stress idrico. “Senza l’auto-organizzazione dell’erba, questa zona diventerebbe probabilmente un deserto, dominato dal suolo nudo“, aggiunge. L’emergere di vegetazione standardizzata simile a quella di Turing sembra essere il modo naturale per controllare un antico deficit di scarsità d’acqua permanente.

Nel 1952, quando Turing pubblicò il suo innovativo articolo teorico sulla creazione di modelli, probabilmente non aveva mai sentito parlare dei cerchi delle fate. Con la sua teoria, tuttavia, ha gettato le basi per generazioni di fisici per spiegare modelli altamente simmetrici come increspature di sabbia nelle dune, strisce di nuvole nel cielo o macchie sulla pelliccia di un animale con il meccanismo di diffusione della reazione. Ora, gli ecologisti hanno fornito uno studio empirico per estendere questo principio della fisica agli ecosistemi di terre aride con cerchi fatati.