Mysterium om fe-cirkler i Namibia formentlig løst

I Namibiens ørkenlandskab kan man støde på nogle meget mystiske fe-cirkler: Millioner af cirkulære pletter af bar jord, som dækker landskabet i et sekskantet mønster, så langt øjet rækker.

Hidtil har ingen vidst, hvordan de opstår. Men debatten, der har raset mellem to skarpt opdelte lejre, handler om meget mere end blot en forklaring på cirklerne.

»Det handler om at forstå naturens grundlæggende love,« siger professor i økologi ved Hamborg Universitet i Tyskland Norbert Jürgens, der tegner den ene af de to lejre – den anden vender vi tilbage til.

Nu har et nyt studie formentlig løst det mysterium, der har plaget videnskabsmænd i årtier.

»Vi har fundet en meget mere generel teori om mønsterdannelse i naturen, og det kan hjælpe os med at forstå mange af de processer, som styrer og former økosystemer,« siger førsteforfatter på det nye studie økologen Corina Tarnita ved Princeton University i USA.

Og studiet imponerer den danske biolog, lektor Michael Thomas-Poulsen ved Københavns Universitet, som forsker i termitters evolution og økologi.

»Det er et interessant studie, som tager en meget grundig matematisk vinkel i et forsøg på at forklare, hvorfor disse selvorganiserede fe-cirkler opstår, og derefter validerer forskerne modelleringerne med data fra fire kontinenter,« siger Michael Thomas-Poulsen.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Begyndte med en fascination af mønstre

Historien starter med Corina Tarnita, der er født og opvokset i Rumænien og var et matematisk vidunderbarn, som kom til Harvard, USA, hvor hun under sin ph.d. søgte mod biologien og blev grebet af, hvordan matematikken kunne bidrage til svar om biologiske fænomener som mønsterdannelse i levende systemer.

»Jeg har altid elsket matematik, og af alle dens grene har geometri altid været min favorit. Når man tænker over, hvor kompleks naturen er, hvor mange processer, der forløber samtidigt på mange forskellige niveauer og påvirker hinanden, kan man ikke undgå at blive forbløffet, når der nogle gange rejser sig så meget elegance og så enkle mønstre ud af al den kompleksitet,« siger Corina Tarnita.

»Og når sådanne mønstre endda kan findes på alle niveauer, fra kolonier af mikroorganismer til dyrs pels, til hele økosystemer, bliver det endnu mere fascinerende.«

Under sin post-doc. mødte hun sin mand (og medforfatter på det nye studie), Robert Pringle, adjunkt i biologi ved Princeton University, USA, der var optaget af de samme spørgsmål, blot fra den biologiske side – mere specifikt mønstre af termitkolonier i Kenya.

»Det lykkedes mig at overbevise ham om, at det ville være en god idé at tage en matematiker med til den afrikanske savanne, og da jeg ankom til Kenya var jeg hooked,« siger Corina Tarnita.

\ Læs mere

Forhistorisk gåde: Mystiske cirkler var måske et astronomisk værktøj

Termitboenes mønstre ligner fe-cirklernes

Det viser sig, at termitterne har stor betydning for økosystemets produktivitet.

»Termitboene betyder øget næring i jorden og øget plantevækst – hotspots af biologisk aktivitet – og det er virkelig der, hvor tingene trives,« siger Robert Pringle.

Derfor var forskerne interesserede i at forstå præcis, hvordan termitboene fordelte sig i sekskantede ’bikube-mønstre’, da en stor debat om fe-cirklerne i Namibia brød ud i 2013.

»Ingen af os havde hørt om fe-cirkler, men det lignede fuldstændig de mønstre, vi så i Kenya,« siger Robert Pringle.

\ Læs mere

Mystiske cirkler på afrikansk slette endelig forklaret

Fe-cirklerne deler forskerne i to lejre

Namibias fe-cirkler er et af flere kendte mønstre i landskabers vegetation, som længe har mystificeres forskere. Der er Mima Mounds i Nordamerika, murundus i Brasilien og heuweltjies i Sydafrika, men ingen er så berømte som fe-cirklerne i Namibia.

Over et langstrakt ørkenlandskab på mere end 2.000 kilometer fra Angola i nord over Namibia til Sydafrika mod syd finder man cirkler på 2-40 meter af bar jord, spredt ud i et hexagonalt mønster – lidt à la felter i en bitavle.

Cirklerne tæller i millionvis, men siden de blev opdaget i 1920’erne, har forskerne ikke kunnet blive enige om en forklaring.

Men i 2013 kom Norbert Jürgens med en artikel i det højt ansete videnskabelige tidsskrift Science, der så at sige delte vandene i to hold, som mener, at cirklerne er skabt af hhv. termitter eller planter.

Termitholdet og planteholdet

Planteholdet bygger på matematiske modeller fra 1950’erne af den berømte, britiske matematiker Alan Turing (ham som knækkede nazisternes Enigma-kode under Anden Verdenskrig), og viser at de bikube-lignende mønstre kan simuleres ud fra enkle interaktioner mellem naboplanter i skarp konkurrence om knappe ressourcer.

Termitholdet, ledet af Norbert Jürgens, bygger i stedet på mangeårige studier af cirklerne, som han i 2013 sammenføjede til en hypotese om, at cirklerne opstår, fordi termitter rydder jorden for planter, så regnvand uhindret kan sive ned i undergrunden og danne underjordiske vandreservoirs. De hexagonale mønstre opstår ifølge teorien som en naturlig konsekvens af konkurrence mellem termitbo, der resulterer i en matematisk optimal opdeling af landskabet mellem forskellige termitkolonier.

\ Læs mere

Mystiske ’eventyrcirkler’ forundrer forskere

Ingen tager fejl, og begge har ret

Her kommer det nye studie ind i billedet.

»I økologi sker der næsten aldrig kun én ting. Vi var båret af en tanke om, at forskerne bag begge de to hold er meget smarte, og hver præsenterer virkelig overbevisende argumenter, så snarere end at begge tog fejl, tænkte vi at begge havde ret,« siger Robert Pringle.

For at komme til bunds i sagen har forskerne bygget en model for hver af de to lejre, som viser, at både plante- og termithypotesen faktisk er i stand til at simulere de mønstre, man ser i naturen.

Men de hæftede sig ved, at ingen af de to hypoteser udelukker den anden, så de tog et skridt videre og byggede en model, der integrerede begge idéer.

\ Læs mere

Forsker: Korncirkler kan forklares med fysik

Termitter og planter står begge bag mønstrene

Når forskerne brugte den nye model til at simulere mønstrene i naturen, viste det sig, at den overgik begge enkelt-modellerne. Den kunne f.eks. simulere mere subtile effekter mellem cirklerne og på kanten af cirklerne, hvilket forskerne hidtil ikke har fokuseret så meget på, fordi de ville forklare cirklerne.

Modellen simulerede forbløffende godt både en spredt plettet vegetation imellem cirklerne, og at græsserne på cirkelranden ofte er højere end i resten af landskabet.

»Artiklens fund er særligt interessante, fordi beregningerne og de empiriske data peger på, at det er en kombination af de to ‘rivaliserende’ hypoteser, der bedst forklarer fe-cirklers eksistens,« siger Michael Thomas-Poulsen.

»Deres fund er derfor konceptuelt vigtige, da de peger på vigtigheden af at vurdere flere forskellige typer af selvorganisering i naturen, når man undersøger baggrunden for eksempelvis vegetationsudbredelse og landskabstræk.«

Norbert Jürgens er godt tilfreds.

»De har alle de væsentlige parametre med og den bekræfter min hypotese om, at termitterne driver de her cirkler,« siger Norbert Jürgens.

Han mener, at man nu kan sige, at selve årsagen er konkurrence mellem termitterne, og at plantemodellen bidrager til den sidste fintuning af mønstrene.

\ Læs mere

Korncirkler – vor tids spiritualitet

Brug for et rigtigt eksperiment

Men er den nye model så det endelig svar?

Formentlig, men modeller kan kun hjælpe forskerne med at fokusere mellem det mulige, det sandsynlige og det højst sandsynlig, og en god simulering er ikke et bevis i sig selv.

»Det er ikke et bevis for, at termitterne er ansvarlige, der er man nødt at udføre et eksperiment,« siger Robert Pringle.

Modellen er dog stadig ’kun’ en model, og et bevis for mekanismerne bag Namibias fe-cirkler kræver, at man gennemfører et eksperiment, som ifølge Norbert Jürgens er undervejs.

Åbner døren til at forstå mange mønstre

Men overordnet er det spændende, hvordan eksemplet med fe-cirkler i Namibia kan give indsigt i meget bredere forstand.

Økosystemer er ekstremt komplekse, men ved at fokusere på Namibias ørken, hvor der er så tørt, og så få ting lever, kan forskerne reducere antallet af spillere og processer så dramatisk, at de kan løfte sløret ind til generelle underliggende mekanismer, som kan gælde i mange systemer.

»Det spændende bliver nu at teste den her model på andre kontinenter og for andre arter, som f.eks. de bittesmå myrer, der laver buler i græsplænerne hver 3-4 meter i Europa,« siger Norbert Jürgens.

Foskerne peger på at matematikken bag modellen potentielt kan anvendes på en bred vifte af levende systemer, lige fra mønstre i det mikroskopiske til stor skala, hvor man f.eks. kunne forestille sig den slags hexagonale mønstre i ulves territorier.

»I og med, lignende mønstre findes i mange niveauer i naturen, kan sådan et studie af vegetation i et økosystem måske afsløre noget om væksten af mikroorganismer, koralstrukturer eller store dyr. Det rækker måske endda videre til mønstre i ikke-levende miljøer som krystaller og jordstrukturer,« siger Corina Tarnita.

»For mig er studiet af mønstre et grundlæggende spørgsmål på tværs af videnskabelige discipliner, fra biologi til fysik og matematik.«