ΠΑΡΑΞΕΝΑ ΜΟΤΙΒΑ ΒΛΑΣΤΗΣΗΣ Αποτέλεσμα σύνθετων αλληλεπιδράσεων στο τοπικό οικοσύστημα

«Νεραϊδόκυκλοι» στην ποώδη βλάστηση εθνικού πάρκου της Ναμίμπια

Οι «νεραϊδόκυκλοι» είναι μυστηριώδεις κυκλικές «τρύπες» στη βλάστηση, που δημιουργούν εντυπωσιακά μοτίβα στη βόρεια Ναμίμπια αλλά και στην Αυστραλία. Σε αεροφωτογραφίες φαίνονται σαν πατημασιές ελέφαντα, σε σχεδόν ίσες αποστάσεις μεταξύ τους, δημιουργώντας ένα χαρακτηριστικό μοτίβο. Η διάμετρος των «νεραϊδόκυκλων» κυμαίνεται από 1 έως 30 μέτρα. Φυσικά δεν τους φτιάχνουν νεράιδες, αλλά οριστική απάντηση στο μυστήριο της προέλευσής τους δεν έχει δοθεί ακόμη. Εχουν αποτελέσει αντικείμενο έντονων συζητήσεων ανάμεσα σε επιστήμονες που θεωρούν ότι κατασκευαστές τους είναι οι τερμίτες, οι οποίοι ζουν σε τεράστια πλήθη στο υπέδαφος, και σε επιστήμονες που τους θεωρούν αποτέλεσμα του ανταγωνισμού της βλάστησης για το λιγοστό διαθέσιμο νερό. Αν και η διαμάχη αυτή είχε αρχίσει ήδη από τη δεκαετία του 1970, η δημοσίευση μελετών και των δύο απόψεων τα τελευταία χρόνια, οδήγησε σε έξαρση της σχετικής συζήτησης.
Η μαθηματικός Κορίνα Ταρνίτα του πανεπιστημίου του Πρίνστον, μαζί με τον συνάδελφό της οικολόγο Ρομπ Πρινγκλ, είχε ασχοληθεί στο παρελθόν με μοτίβα στη βλάστηση, που εντόπισε σε περιοχές της Κένυας γεμάτες με κώνους χώματος, που σχηματίζονται από το εκεί είδος τερμιτών. Επρόκειτο για «μοτίβο στιγμάτων λεοπάρδαλης», ένα μοτίβο που προσομοιάζει στο μαθηματικό μοτίβο Τούρινγκ, θεωρητική κατασκευή που προτάθηκε από τον Βρετανό Αλαν Τούρινγκ το 1952 και στη συνέχεια εντοπίστηκε σε αρκετά φυσικά συστήματα. Αυτού του είδους είναι τα μοτίβα στο δέρμα της λεοπάρδαλης, στα κοχύλια, στους χαμαιλέοντες, στα ψάρια - ζέβρα, αλλά και στις κανονικές ζέβρες. Συχνά ονομάζονται μοτίβα αντίδρασης - διάχυσης ή εξαρτώμενα από την κλίμακα μοτίβα και εμφανίζονται στα πιο διαφορετικά φυσικά συστήματα, από τη μούχλα λάσπης, έως τον τρόπο που ο εγκέφαλος των κουνελιών αντιλαμβάνεται τις οσμές.

Τερμίτες

Τερμίτης στρατιώτης πάνω σε κομμάτι φωλιάς, στο οποίο τερμίτες εργάτες έχουν καλλιεργήσει μύκητες (λευκή επικάλυψη), ως τρόφιμο για την αποικία

Οι τερμίτες φεύγουν από τη φωλιά τους για να βρουν τροφή σε έναν όλο και διευρυνόμενο κύκλο. Καθώς στο πέρασμα του χρόνου πολλαπλασιάζονται οι αποικίες τερμιτών σε μια περιοχή, η ζώνη που η καθεμιά βρίσκει την τροφή της φτάνει να εφάπτεται (συγκρούεται) με άλλες. Οταν οι φωλιές των τερμιτών περιέχουν περίπου τον ίδιο αριθμό εντόμων, καταλήγουν να έχουν ίσες αποστάσεις μεταξύ τους και οι περιοχές δράσης των τερμιτών (αόρατες πάνω από το έδαφος) αποκτούν σχήμα εξαγώνου, που εξασφαλίζει τη μέγιστη αξιοποίηση του διαθέσιμου χώρου γύρω από κάθε φωλιά. Αυτοοργανωνόμενες (δηλαδή όχι συνειδητά) εξαγωνικές περιοχές δράσης έχουν και άλλα ζώα, όπως οι λύκοι, κάποια είδη ψαριών και οι νεροκότσυφες της Αλάσκας.
Αφού έφτιαξαν ένα μοντέλο προσομοίωσης για τους τερμίτες, η Ταρνίτα με τη βοήθεια άλλων συναδέλφων της προχώρησε στην κατασκευή θεωρητικού μοντέλου για τη βλάστηση. Στα μοντέλα Τούρινγκ υπάρχουν δύο διαφορετικοί μηχανισμοί ανατροφοδότησης. Σε μικρή απόσταση η ανάπτυξη ευνοείται (ενεργοποιείται), ενώ σε μεγάλη δεν ευνοείται (παρεμποδίζεται). Τα φυτά που είναι κοντά το ένα στο άλλο αλληλοβοηθούνται, καθώς σχηματίζουν έναν θύσανο, που συγκρατεί περισσότερο νερό της βροχής, αλλά πιο μακριά οι θύσανοι ανταγωνίζονται μεταξύ τους για το νερό, καταστέλλοντας την ανάπτυξη και αφήνοντας το χώμα γυμνό. Δίνοντας τέσσερις διαφορετικές παραμέτρους (πόσο γρήγορα γίνεται η διάχυση, πόσο ισχυρή είναι κ.ο.κ.) σχηματίζονται διάφορα μοτίβα, που μοιάζουν πολύ με μοτίβα που συναντώνται στη φύση, στους κοραλλιογενείς υφάλους, στα πεδία ανάπτυξης μυδιών, στην ανάπτυξη μυκήτων. Στη φύση, οι παράμετροι μπορεί να είναι η ξηρασία, οι θηρευτές κ.τ.λ.

Μοντέλα

Τελικά, οι επιστήμονες κατασκεύασαν ένα μοντέλο με ενισχυτές και παρεμποδιστές, το οποίο συνδύασαν με τα μοτίβα που δημιουργούν οι τερμίτες. Τότε τα μοτίβα άλλαξαν και ταίριαξαν καλά με αυτά που παρατηρούνται από αεροφωτογραφίες της συγκεκριμένης περιοχής της Κένυας. Αυτό το ταίριασμα των προβλέψεων του μοντέλου με τη φυσική πραγματικότητα έκανε την Ταρνίτα να συνεχίσει με ακόμη μεγαλύτερο ενδιαφέρον τη διερεύνηση. Ο συνδυασμός των μοντέλων για τη βλάστηση και για τους τερμίτες οδήγησε και σε ένα συμπέρασμα με σημαντικές επιπτώσεις. Διαπιστώθηκε ότι η βλάστηση που συνδεόταν με μια αποικία τερμιτών μπορούσε να επιβιώσει με πολύ λίγη βροχόπτωση. Οι φωλιές των τερμιτών έκαναν την περιοχή πιο ανθεκτική σε ξηρασία. Παλαιότερα θεωρητικά μοντέλα βλάστησης είχαν δείξει ότι ξερότοποι, που αρχίζουν να εμφανίζουν μπαλώματα βλάστησης, απότομα γίνονται έρημοι, με ελάχιστη δυνατότητα αναστροφής της κατάστασης. Αλλά σύμφωνα με το θεωρητικό μοντέλο της Ταρνίτα, η ύπαρξη των τερμιτών, που με την αναδιάταξη του υπεδάφους δημιουργούν ζώνες συγκράτησης νερού, οδηγεί σε πιο σταδιακή ερημοποίηση, που μπορεί να αναστραφεί. Καθώς το 40% της ξηράς στη Γη αποτελείται από ξερότοπους και η κλιματική αλλαγή αναδιανέμει τις βροχοπτώσεις, οι τερμίτες ίσως βοηθούν να σωθούν μεγάλες εκτάσεις από την ερημοποίηση.
Ο Ρομπ Πρινγκλ συζητώντας αυτά τα συμπεράσματα με συναδέλφους του συνάντησε σκεπτικισμό, ειδικά από εκείνους που δεν ήταν εξοικειωμένοι με τα αυτοοργανωνόμενα συστήματα και οι οποίοι θεωρούσαν ότι μοτίβα μεγάλης κλίμακας χρειάζονται κάποιον ιθύνοντα νου. Δυσκολεύονταν να αποδεχτούν την ιδέα ότι οι τερμίτες ανταγωνίζονται τόσο έντονα, που δημιουργούν μοτίβα, ενώ ταυτόχρονα προφυλάσσουν το οικοσύστημα από την κατάρρευση.

Επίπεδα

Η τροποποίηση και εφαρμογή του μοντέλου για την Κένυα στην περίπτωση των «νεραϊδόκυκλων» αποδείχτηκε δύσκολη υπόθεση, γιατί τα θεωρητικά μοντέλα απαιτούν έναν κανόνα για κάθε σημαντικό παράγοντα που επιδρά και έπρεπε να μελετηθεί και να αντανακλαστεί στο μοντέλο κάθε βασική πλευρά της ζωής και λειτουργίας των αποικιών τερμιτών. Το θέμα δεν ήταν μόνο οι «νεραϊδόκυκλοι», αλλά πώς πολλαπλοί μηχανισμοί δημιουργίας μοτίβων μπορούν να αλληλεπιδράσουν σε διαφορετικές κλίμακες. Πώς γίνεται οργανισμοί τόσο μικροί όσο οι τερμίτες, που αποτελούν μέρος πολύπλοκων και ακατάστατων οικοσυστημάτων, να μπορούν να δημιουργήσουν τόσο κανονικά μοτίβα. Τελικά το 2017 μαζί με άλλους τρεις επιστήμονες η Ταρνίτα δημοσίευσε μελέτη, που υποστηρίζει ότι μεγάλες περιοχές στην Αφρική, στην Ασία, στην Αυστραλία, αλλά και περιοχές στη Νότια Αμερική, κυριολεκτικά αναδιατάσσονται από τα κάτω. Κανένας ιθύνων νους δεν ευθύνεται για την κατασκευή των εμφανιζόμενων μοτίβων, μόνο τρισεκατομμύρια μικροσκοπικοί νόες μπορεί να φέρνουν σε πέρας ένα τόσο μεγάλο έργο.
Η δουλειά των επιστημόνων δείχνει πώς μπορεί να γίνει το πέρασμα από το τοπικό στο παγκόσμιο σε έναν πλανήτη γεμάτο ζωή, όπως η Γη. Πρώτα είναι ο κόσμος της βιολογίας του εντέρου των τερμιτών που επεξεργάζεται το γρασίδι που έφαγε το έντομο και λιπαίνει το έδαφος. Μετά ο κόσμος της αποικίας των τερμιτών, που σκάβουν και νοικοκυρεύουν τον υπόγειο λαβύρινθό τους. Στη συνέχεια το επίπεδο της αλληλεπίδρασης τερμιτών και μυκήτων, που επικοινωνούν μέσα στη φωλιά μέσω χημικών σημάτων και υδρατμών. Πιο πάνω το επίπεδο των φυτών της επιφάνειας του εδάφους, των εντόμων που ζουν ανάμεσά τους και των σαυρών που τα κυνηγούν. Ακόμη πιο πάνω η καμηλοπάρδαλη που τρώει τα φυτά, ενώ από ψηλά στον αέρα, γίνεται ορατό ένα καλοδιαταγμένο «χαλί» γονιμότητας και υπεργονιμότητας. Για να κατανοηθεί στο σύνολό του ο φυσικός κόσμος πρέπει να μελετηθεί σε πολλαπλές κλίμακες μεγέθους, χρόνου και οργάνωσης, δεν υπάρχει μια μοναδική «σωστή» κλίμακα.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»