Разгадана тайна «волшебных кругов» Намибии: растения самоорганизуются

Ученые почти полвека ломали голову над происхождением «волшебных кругов» в Намибии. Основных теорий было две: либо их создают термиты, либо растения каким-то образом самоорганизуются. Исследователи из Гёттингенского университета, воспользовавшись двумя исключительно дождливыми сезонами в пустыне Намиб, показали, что трава внутри кругов погибала сразу после дождя, и причиной появления проплешин была не активность термитов.

Непрерывные измерения влажности почвы продемонстрировали, что трава вокруг кругов сильно истощала воду внутри кругов, что, вероятно, и вызывало гибель растений в них. Результаты опубликованы в журнале Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics.

Примерно в 80–140 километрах от побережья Намиба существуют миллионы «волшебных кругов» — круглых проплешин в травяном покрове шириной в несколько метров, которые вместе образуют характерный узор, видимый за много миль. Исследователи отслеживали спорадические дожди в нескольких регионах этой пустыни и изучали траву, ее корни и побеги, а также возможные повреждения корней термитами.

Термитов, крошечных насекомых, живущих большими колониями по всему миру, часто обвиняли в гибели травы. Ученые тщательно исследовали обстоятельства гибели растений внутри кругов сразу после дождя, который стимулировал новый рост. Кроме того, они установили датчики влажности почвы внутри и вокруг кругов, чтобы записывать содержание почвенной воды с интервалом в 30 минут, начиная с сухого сезона 2020 года до конца сезона дождей 2022 года.

Это позволило точно зафиксировать, как рост новой травы вокруг кругов влияет на почвенную воду внутри и снаружи них. Исследователи изучили различия в проникновении воды внутрь и за пределы кругов в десяти регионах Намиба.

Данные показали, что примерно через десять дней после дождя трава внутри кругов уже начинала отмирать, в то время как на большей части внутренней площади кругов всходов вообще не было. Через двадцать дней после дождя борющиеся за жизнь растения внутри кругов были полностью мертвы и пожелтели, в то время как окружающая трава была живой и зеленой.

Исследовав корни травы изнутри кругов и сравнив их с корнями зеленой травы снаружи, ученые обнаружили, что корни внутри кругов были такими же длинными или даже длиннее, чем снаружи. Это указывало на то, что растения вкладывали усилия в рост корней в поисках воды. Однако доказательств того, что термиты питаются корнями, найдено не было. Повреждения корней у погибшей травы стали более заметными лишь через пятьдесят-шестьдесят дней после дождя.

Доктор Штефан Гетцин с кафедры моделирования экосистем Гёттингенского университета поясняет: «Внезапное отсутствие травы на большей части площади внутри кругов нельзя объяснить активностью термитов, потому что для этих насекомых не было биомассы, которой можно было бы питаться. Но что еще важнее, мы можем показать, что термиты не виноваты, потому что трава погибает сразу после дождя без каких-либо признаков того, что кто-то питается корнем».

Анализ данных о колебаниях влажности почвы показал, что после первых дождей, когда трава еще не укоренилась, снижение содержания почвенной воды внутри и снаружи кругов было очень медленным. Однако когда окружающая трава хорошо укоренилась, снижение содержания воды после дождя было очень быстрым во всех областях, даже несмотря на то, что внутри кругов почти не было травы, которая могла бы поглощать воду.

Гетцин объясняет: «Под сильной жарой Намиба трава постоянно транспирирует и теряет воду. Следовательно, она создает вокруг своих корней вакуум влажности почвы, и вода устремляется к ним. Наши результаты полностью согласуются с данными исследователей, которые показали, что вода в почве быстро и горизонтально диффундирует в этих песках даже на расстояния более семи метров».

Гетцин добавляет: «Формируя сильно структурированный ландшафт из равномерно расположенных «волшебных кругов», трава выступает в роли инженера экосистемы и напрямую пользуется водными ресурсами, предоставляемыми растительными проплешинами. Фактически, мы знаем родственные самоорганизующиеся растительные структуры из различных других засушливых регионов мира, и во всех этих случаях у растений нет другого способа выжить, кроме как расти именно в таких геометрических формациях».

Это исследование важно для понимания аналогичных экосистем, особенно в контексте изменения климата, поскольку самоорганизация растений смягчает негативные эффекты, вызванные усилением аридификации.