Как Тьюринг предсказал загадочные «круги фей» десятки лет назад

В знаменательной статье английский математик представил то, что позже стало известно как паттерн Тьюринга — представление о том, что динамика определенных однородных систем может порождать устойчивые паттерны при нарушении. Такой «порядок от беспорядка» стал теоретической основой для всех видов странных повторяющихся мотивов, наблюдаемых в мире природы.

Это была хорошая теория. Настолько хорошая, что спустя десятилетия ученые все еще находят потрясающие примеры этого явления в необычных и экзотических местах: настоящие паттерны Тьюринга, воплощенные в жизнь в местах, которые сам Тьюринг никогда не имел возможности увидеть.

Последним свидетельством этого теоретического феномена стали круги фей — загадочные образования из пустынной травы, которые растут вокруг отчетливо круглых участков засушливой почвы. Впервые они были задокументированы в пустыне Намиб на юге Африки.

Объяснения их существования варьируются от мифических до приземленных, и совсем недавно, всего несколько лет назад, их происхождение все еще обсуждалось в научной среде. Вначале считалось, что странные круги возникли из-за активности термитов под африканской почвой, но последующее открытие кругов фей в австралийской глубинке усложнило картину, продемонстрировав, что круги фей можно найти и без твердой связи с термитами.

С другой стороны, ученые предположили, что круги фей — это результат того, что растения сами организовались так, чтобы максимально использовать ограниченные водные ресурсы в суровой засушливой среде.

Такая версия звучит более правдоподобно, и если это правда, то перед нами еще один естественный пример паттерна Тьюринга. Но, по словам исследователей, на сегодня они добыли не так много эмпирических свидетельств, подтверждающих эту гипотезу. Все потому, что те физики, которые склонны моделировать динамику Тьюринга для подобных систем, редко проводят полевые исследования в пустыне в поддержку своих идей – это теория без практики.

«Существует сильный дисбаланс между теоретическими моделями растительности, их априорными предположениями и недостатком эмпирических доказательств правильности смоделированных процессов с экологической точки зрения», — утверждает группа под руководством эколога Стефана Гетцина из Геттингенского университета в Германии.

Чтобы преодолеть этот разрыв, Гетцин и его коллеги-исследователи прошли пешком, используя дроны, оснащенные мультиспектральными камерами, чтобы исследовать круги фей с высоты птичьего полета возле шахтерского городка Ньюман в регионе Пилбара в Западной Австралии.

Анализируя пространственное разделение трав с высокой и низкой жизнеспособностью и используя датчики влажности для проверки показаний на земле, команда обнаружила, что более здоровые и жизнеспособные травы систематически сильнее ассоциируются с кругами фей, чем менее живучие растения.

Другими словами, впервые у нас есть эмпирические данные, позволяющие предположить, что круги фей соответствуют теории Тьюринга. «Интересно то, что травы активно создают свою собственную среду, образуя симметрично расположенные промежутки», — отмечает Гетцин. «Растительность извлекает выгоду из дополнительного стока воды, обеспечиваемого большими кругами фей, и, таким образом, поддерживает функционирование засушливой экосистемы даже в очень суровых засушливых условиях. Без самоорганизации трав эта область, вероятно, станет пустыней, в которой преобладают голые растения. почвы.»