沙漠中神秘的仙圈其实起源于草的自我“救赎”

尽管人类已经将触角伸向了遥远的太空，但关于他们生活的地球，仍然有许多无法解释的秘密。

随着航空工业和无人机的发展，有了新的观察地表的视角：人们可以在非洲南部纳米比亚沙漠、西澳大利亚皮尔巴拉和美国爱达荷的大片干旱贫瘠的土地上看到成千上万个不同大小的圆圈，其中大多数直径在2-15m。这些圈子里的杂草稀疏，有的甚至连草都没有。

这些神奇的圈子被称为“神仙圈”，就像一个难题，困扰了几代生态学家几十年。这也是自然界最大的谜团之一。最近，一个德国研究小组表明，仙女圈与计算机之父艾伦图灵创立的理论有关。

生物过程观点 创造仙女圈的竟然是白蚁

在纳米比亚沙漠，有成千上万个神秘的光秃秃的圆圈，周围是高高的草丛。这样的风景往往绵延数千米，从高空俯瞰，美不胜收。已经提出了很多解释，包括土里的物质含量，陨石，UFO，甚至原住民死后的“鬼”。

有人认为这些圈子是“小仙女”创造的，也有人说是外星人访问这些地区时留下的“痕迹”。根据纳米比亚当地的传说，有一条巨大的龙隐藏在地下深处，它呼出的有毒气体杀死了地表的植被，形成了这些圆圈。

神秘的仙圈确实打开了人们的眼界，人们提出了各种猜想，但要搞清楚它的起源，还是要靠科学的调查和深入的研究。

2013年，德国汉堡大学的生物学家诺伯特尤尔根斯(Norbert Jurgens)宣称，他发现了仙女圈形成的秘密。

尤尔根斯去过纳米比亚几十次，花了六年多时间研究神仙圈。在每一个采样的仙圈里，他几乎都发现了一只鼻白蚁科的沙白蚁。而且这些小家伙的巢穴几乎都位于仙圈的中心，那里的土壤湿度明显高于圈外。

尤尔根斯解释说，当这些白蚁在土壤中钻孔时，它们会破坏植物的根，以植物的根为食，从而使圆圈内的土壤变得贫瘠，植物不再生长。所以雨水可以直下渗透收集到地下，生活在圈内的白蚁可以在干燥的沙漠中获得足够的水分和食物，在恶劣的环境中生存。因此，尤尔根斯得出结论，白蚁创造了这些圆圈。

但是美国佛罗里达州立大学的生物学家沃尔特奇尔格尔对此表示怀疑。他强调尤尔根斯混淆了因果关系。

南非开普敦大学的生物学家迈克尔克莱默也认为“白蚁理论”不符合常识。他发表在《公共图书馆综合》杂志上的研究认为，解释仙圈现象理论的主要障碍是解释圆的规则分布和大小以及为什么它们是环形的。克雷默说，尤尔根斯的理论没有解释白蚁造成如此大而均匀分布的圆圈的真正原因。

非生物过程观点 与土壤水分养分及极端天气有关

奇尔格尔曾指出，小仙女圈平均只存在24年，而较大的仙女圈可以存在75年。然而，他的研究并没有确定仙女圈最初是如何形成的，也没有确定它们为什么会消失。

但克雷默的团队发现，仙女圈在纳米比亚沙漠的分布是由降雨量决定的，似乎仙女圈只存在于降雨量稳定稀少的地区。如果雨量过多，大量的植物会缓解对资源的争夺，这些神仙圈就封闭了；如果降雨量太少，竞争会变得异常激烈，神仙圈又会消失。因为仙女圈出现在这么窄的湿度范围内，年降雨量的差异会导致它们突然消失或重新出现。基于这个逻辑，研究人员发现他们可以预测仙圈的分布，准确率达到95%。另外，神仙圈之间有规律的间距，可能是每个圈周围的草与其他圈争夺资源的结果。

当然，克莱默并不否认仙圈与白蚁有关。他认为仙圈的创造是植物之间的竞争。白蚁是第二种现象。他们是仙圈的维护者，可以杀死圈中心的草。

2014年，科罗拉多大学的迈克尔克莱默和他的同事妮可巴格测量了纳米比亚仙女圈的大小和排列密度，发现这些数据与土壤水分和养分含量有关。

类似于克雷默团队的观点，他们认为如果当地降雨量少，土壤贫瘠，地面上会形成很多巨型神仙圈。这些沙圈可以储存水分和养分，并通过渗透作用供给周围的植被；反之，如果当地降雨量增加，土地养分丰富，仙圈就会稀疏，变小。

总的来说，这些研究团队已经发现，仙圈是植被“掠夺”资源而产生的自发现象。资源竞争的原理是，圈内的土壤中没有植被生长，所以水分和养分含量高，充当“蓄水池”，可以将水分和养分渗透到圈内和圈外的植被中。

图灵斑观点 植被仙女圈模式可改变不利环境

多年来，德国哥廷根大学生态系统建模系的生态学家斯蒂芬杰津(Stephen Gezin)也一直关注着这些神秘的仙女圈。2019年，金戈团队使用无人机和野外气象站收集数据，并再次启动了对西澳大利亚仙女圈的一系列研究。最近他们发表了一篇论文，说神仙圈和图灵斑有着千丝万缕的联系，图灵斑经常用来解释自然界中的重复模式。

在草原生态系统中，金戈团队分析了仙女圈内外草的生长、大小、密度和土壤含水量。基于无人机的多光谱分析和空间显式统计数据，他们测试了5块面积为1公顷的样地，以了解草的生命力是否取决于仙女圈模型。他们还研究了高能草和低能草之间的关系，并在1平方米的小范围内评估了火灾后不同演替阶段的植被状况。

结果表明，高活力草与仙女圈的系统相关性高于低活力草。“在自然科学中，将经验生态学与物理学联系起来是最具挑战性但也是最有趣的工作之一。这些草通过形成对称间隔的间隙模式积极地改变它们的环境。”金戈说，植被受益于仙女圈提供的额外水分，即使在非常恶劣和干旱的条件下也能维持生态系统的功能。没有草的自组织，这个地区很可能变成沙漠。

根据图灵斑的形成原理，生命力强的植被要聚集，生命力弱的植被会随机分布。他们对生态学的发现证明了仙圈可以用图灵模式来解释。他们在《生态学杂志》年发表的论文中写道，正如理论模型所预测的那样，仙女圈是干旱地区植被重要的额外水源，草是“生态系统工程师”，可以改变其不利的非生物环境，从而导致植被“自组织”。

延伸阅读

图灵模型可解释动物身上各种斑纹

计算机之父艾伦图灵在普林斯顿大学时提出了“通用计算机”的概念。鲜为人知的是，图灵在生命的最后几年把大部分精力都投入到了数学生物学上，尤其是对生物模式的许多重要研究。

图灵在观察鱼类的胚胎发育时，发现胚胎早期的所有细胞形状都是一样的。但随后，胚胎不同部位的细胞开始聚集，向不同形状发展。图灵想知道是什么机制使对称的球形胚胎发育成不对称的胚胎，是什么打破了对称性。1952年，图灵发表了人类科学史上第一篇用数学模型解释胚胎形成不对称模式的论文，并用二阶抛物方程模拟了生物体内的“自组织”现象。

图灵假设溶液中有两种分子，分别称为“活化剂”和“抑制剂”。通过重复“激活-抑制”的过程，可以形成重复的斑点结构，称为图灵斑。这种机制被称为“反应-扩散机制”，也称为图灵模型。

20世纪80年代，美国生物学家詹姆斯穆雷发现，图灵模型可以用来解释自然界动物身上的各种斑纹，如斑马、长颈鹿和海螺。哺乳动物可以通过作用于产生黑色素的基因途径产生从棕色到黑色的各种颜色。2012年，牛津大学科学家菲利普曼尼(Philip Manny)等人发现，两组“激活剂-抑制剂”同时发生反应，可以在豹皮上产生半封闭的环状图案。这就是图灵模型的神奇之处。