Una teoría de Alan Turing ahora puede explicar los misteriosos círculos de hadas

Los llamativos patrones de vegetación de los círculos de hadas australianos se ajustan a una teoría de 1952 enunciada por el célebre matemático británico Alan Turing.

Investigadores de Alemania, Australia e Israel llevaron a cabo un estudio de campo en profundidad en las vastas áreas deshabitadas de Australia Occidental, donde se produce este crecimiento de las plantas en disposiciones circulares. Utilizaron tecnología de drones, estadísticas espaciales, mapeo de campo basado en cuadrantes y registro continuo de datos desde una estación meteorológica de campo.

Con el dron y una cámara multiespectral, los investigadores mapearon el “estado de vitalidad” de los pastos de Triodia (con qué fuerza crecen) en cinco parcelas de una hectárea y las clasificaron en alta y baja vitalidad. Publican resultados en Journal of Ecology.

El trabajo de campo sistemático y detallado permitió, por primera vez en un ecosistema de este tipo, una prueba completa de la teoría del “patrón de Turing”. El concepto de Turing, famoso porque descifró la encriptación nazi en la Segunda Guerra Mundial, era que en ciertos sistemas, debido a perturbaciones aleatorias y un mecanismo de “reacción-difusión”, la interacción entre solo dos sustancias difusibles era suficiente para permitir que emergieran espontáneamente estructuras fuertemente estructuradas.

Los físicos han utilizado este modelo para explicar los llamativos patrones de piel en peces cebra o leopardos, por ejemplo. Los modelos anteriores habían sugerido que esta teoría podría aplicarse a estos patrones de vegetación intrigantes y ahora hay datos sólidos de múltiples escalas que confirman que el modelo de Alan Turing se aplica a los círculos de hadas australianos.

Los datos muestran que el patrón de brecha único de los círculos de hadas australianos, que ocurren solo en una pequeña área al este de la ciudad de Newman, surge de la retroalimentación ecohidrológica de biomasa-agua de los pastos. De hecho, los círculos de hadas, con sus grandes diámetros de 4 metros, costras de arcilla por la intemperie y la escorrentía de agua resultante, son una fuente adicional de agua fundamental para la vegetación de las tierras secas.

Los grupos de pastos aumentaron la sombra y la infiltración de agua alrededor de las raíces cercanas. Con el aumento de años después del incendio, se fusionaron cada vez más en la periferia de las brechas de vegetación para formar una barrera para que pudieran maximizar su absorción de agua de la escorrentía del círculo de hadas.

La cubierta vegetal protectora de pastos podría reducir la temperatura de la superficie del suelo en aproximadamente 25 ° C en el momento más caluroso del día, lo que facilita la germinación y el crecimiento de nuevos pastos. En resumen, los científicos encontraron evidencia tanto a escala del paisaje como a escalas mucho más pequeñas de que los pastos, con su dinámica de crecimiento cooperativo, redistribuyen los recursos hídricos, modulan el entorno físico y, por lo tanto, funcionan como “ingenieros de ecosistemas” para modificar su propio entorno y afrontar mejor las condiciones áridas.

El doctor Stephan Getzin, del Departamento de Modelado de Ecosistemas de la Universidad de Gotinga, que dirigió el estudio, explica: “Lo intrigante es que los pastos están diseñando activamente su propio entorno mediante la formación de patrones de huecos espaciados simétricamente. La vegetación se beneficia de la escorrentía adicional proporcionada por los grandes círculos de hadas, y así mantiene el ecosistema árido funcional incluso en condiciones muy duras y secas”.

Esto contrasta con la cobertura vegetal uniforme que se observa en entornos con menos estrés hídrico. “Sin la autoorganización de los pastos, esta área probablemente se convertiría en un desierto, dominado por suelo desnudo”, agrega. El surgimiento de una vegetación modelada similar a Turing parece ser la forma en que la naturaleza maneja un antiguo déficit de escasez permanente de agua.

En 1952, cuando el matemático británico Alan Turing publicó su revolucionario artículo teórico sobre la formación de patrones, lo más probable es que nunca antes hubiera oído hablar de los círculos de hadas. Pero con su teoría sentó las bases para que generaciones de físicos explicaran patrones altamente simétricos como ondas de arena en las dunas, rayas de nubes en el cielo o manchas en el pelaje de un animal con el mecanismo de reacción-difusión.

Ahora, los ecólogos han proporcionado un estudio empírico para extender este principio de la física a los ecosistemas de tierras secas con círculos de hadas.