Przebadali czarcie kręgi. Konkurencja między roślinami to klucz do zagadki?

Dziwne, pozbawione roślinności okrągłe plamy ziemi pojawiają się na stepie na obszarze afrykańskiej pustyni Namib. Naukowcy od lat interesują się tym zjawiskiem i próbują wytłumaczyć jego przyczyny. Dotąd jednak nikomu nie udało się znaleźć takiego wyjaśnienia zagadki tych obiektów zwanych czarcimi kręgami, które przekonałoby wszystkich.

Dotychczasowe hipotezy mówiły m.in. o działaniu mrówek albo termitów, a także wydobywaniy się z ziemi gazu, który powoduje obumieranie roślin. Teraz pojawiła się kolejna teoria. Według najnowszych badań opublikowanych w czasopiśmie "PLOS ONE", "łyse" plamy na afrykańskim stepie mogą być efektem naturalnego procesu konkurowania roślin między sobą o podpowierzchniowe zasoby.

Według zespołu badawczego z Uniwersytetu w Kapsztadzie, stepowa roślinność na wąskim skrawku terenu między środkową Angolą na samym początku rozwoju jest dość jednorodna. Jednak rzadkie opady i uboga w składniki odżywcze gleba sprawiają, że poszczególne trawy zaczynają między sobą konkurować o te dobra.

Te silniejsze wysysają je szybciej i bardziej intensywnie, sprawiając, że słabsze rośliny obumierają, tworząc luki w zarośniętym obszarze. Powiększające sie jałowe miejsca stają się w końcu rezerwuarami składników pokarmowych i wody, a najsilniejsze trawy, które wcześniej wygrały konkurencję, zakorzeniają się na ich obwodach.

- To naprawdę dobra teoria, ponieważ obejmuje wszystkie charakterystyczne cechy czarcich kręgów, w tym obecności wysokich traw. Żadna inne proponowana hipoteza tego nie wyjaśnia - skomentował Walter Tschinkel, biolog z Uniwersytetu Stanowego Florydy, który nie był zaangażowany w te badania.

Sam również zajmował się tajemniczymi kręgami. W zeszłym roku odkrył, że te o mniejszych rozmiarach utrzymywały się średnio przez 24 lata, a największe nawet przez okres 75 lat. Jednak jego prace nie określały przyczyn, dla których powstają one w danych miejscach albo znikają.

Swoją teorię na ten temat w kwietniu ogłosił natomiast Norbert Juergens, biolog z Uniwersytetu w Hamburgu. Uznał on, że za powstawanie "łysych" placów mogą odpowiadać termity, które żywią się korzeniami traw w tych miejscach gruntu, gdzie zgromadzone zostają największe ilości wody. Jednak Tschinkel odnosił się do tezy Niemca krytycznie, twierdząc, że pomylił on zależność z przyczynowością.

Również Michael Cramer, biolog z Uniwersytetu w Kapsztadzie i główny autor publikacji w "PLOS ONE" uważa, że teoria termitów nie jest przekonująca. - Myślę, że główną przeszkodą, jaką musza przezwyciężyć wyjaśnienia, jest wytłumaczenie regularnego rozstawu pustych miejsc, ich kolistych kształtów oraz rozmiarów - powiedział. - Nie ma żadnego powodu, dla którego termity miałyby powodować powstawanie tak dużych i równomiernie rozmieszczonych kręgów - podkreślił.

Teoria, jaką przedstawia sam Cramer ze współpracownikami, wpisuje się w kierunek rozważań już wcześniej proponowany przez naukowców, zakładający istnienie pewnych "wzorów samoorganizacji roślinności", powstających na skutek interakcji między roślinami. W 2008 r. opracowano nawet model matematyczny pokazujący, jak rozwój takich wzorów w postaci czarcich kręgów może przebiegać w zależności od dostępności wody.

Żeby przetestować tę teorię Cramer i jego koleżanka Nichole Barger z Uniwersytetu Kolorado w Boulder, określili rozmiary, gęstość i miejsca występowania czarcich kręgów w Namibii, korzystając z danych Google Earth oraz zebranych podczas badań naziemnych. Potem pobrali próbki gleby z różnych głębokości wewnątrz i na zewnątrz ich obwodów i zbadali i zawartość odżywczą. Następnie wszystkie uzyskane informacje wprowadzili do swoich modeli komputerowych, uzupełniając je o dane klimatyczne takie jak sezonowe opady i temperatury.

- Okazało się, że wielkość kręgów, ich zagęszczenie i stopień występowania w krajobrazie są związane z ilością dostępnych zasobów. Konkretnie, kręgi są mniejsze, jeśli mają więcej zasobów takich jak azot w glebie i woda deszczowa - powiedział Cramer. Jak wyjaśnił, to ma sens, bo wyższe trawy nie potrzebują dużych zapasów składników odżywczych, jeśli są one dostępne w środowisku. Wymagają natomiast solidnej rezerwy potrzebnych do przetrwania substancji, gdy gleba jest w nie uboga.

Naukowcy odkryli również, że to opady deszczu silnie określają rozmieszczenie czarcich kręgów w Namibii. Pojawiają się one tylko w miejscach, w których ilość deszczu jest odpowiednia - nie za mała, ale też nie za dużo. Jak powiedział Cramer, kiedy opady były obfite, konkurencja ustawała, w przypadku opadów skąpych natomiast szczególnie się zaostrzała. Obie sytuacje skutkowały zanikaniem kręgów.

Kiedy naukowcy ustalili, że "łyse" miejsca mogą występować tylko w określonym zakresie wilgotności, przez co na danym terenie potrafią zaniknąć na długo, a potem ponownie się pojawić, odkryli też, że dzięki tym informacjom mogą przewidywać ich występowanie z 95-procentową skutecznością. Kolejny aspekt, czyli regularne odstępy między poszczególnymi kręgami, Cramer tłumaczy konkurencją między nimi - czyli już nie między poszczególnymi roślinami, ale całymi ich systemami, otaczającymi dany "rezerwuar".

Naukowiec zaznacza, że wcześniejsze badania Norberta Juergensa pasują do jego tezy, ale inaczej postrzega ich znaczenie. - Tym, co tworzy kręgi, jest konkurencja między roślinami. Termity są zjawiskiem wtórnym, a ich rola polega na utrzymywaniu kręgów poprzez wycinanie wyrastających w środku nowych traw - powiedział biolog.

Planuje też przeprowadzenie eksperymentów, które miałyby w większym stopniu potwierdzić, czy jego teoria jest słuszna. - Jeśli czarcie kręgi naprawdę rozwijają się z powodu braku wody i składników odżywczych, proste podlewanie i nawożenie powinno sprawić, że zanikną, zostaną zarośnięte - skomentował ten zamiar Walter Tschinkel.

Autor: js/mj / Źródło: livescience.com