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这种神密圆圈,与图灵的基础理论相关?

2020-10-18 22:36:56   来源:新浪科技
导读:反应扩散方程,它描述了反应扩散理论中的两种化学物质是如何进行反应和扩散的。|参考来源:[7]

  文章内容来源于:基本原理

  假如你去到坐落于非洲南部的纳米比亚荒漠,能够 见到那样一幅令人震惊的景色:一切正常生长发育的草丛里正中间出現了上百个匀称排序的圆圈,他们大小不一,直徑大多数在2-15米。这种圆圈中的草十分稀少,有的圆圈中乃至满目疮痍。

  纳米比亚的仙女圈。| 图片出处:Thorsten Becker / Wikimedia Commons

  不仅在非州,这种奇妙的圆圈还出現在加拿大中西部的皮尔巴拉和英国的爱达荷州等地,这种地域都拥有大面积旱灾贫乏的土地资源。这一世界奇观被称作“仙女圈”,它是大自然较大的疑团之一。

  有些人觉得这种圆圈是“仙女”造就的,也有些人说外星生物曾在这种地域降落。纳米比亚本地还广为流传着那样一个传说:在地底最深处日常生活着一条飞龙,它吸气时的有毒气体杀掉了地面上的植被,产生了这种圆圈。

  这种民间故事的想像力十分丰富多彩,而科研则试着从科学研究的视角得出有效的表述。尽管未有结论,但科学研究工作人员早已明确提出了很各种不同的理论。

  NorbertJuergens是一位对仙女圈十分痴迷的生物学家,他曾前去纳米比亚高达40次,对仙女圈开展了历时六年的科学研究。基本上在每一个被取样的仙女圈中,他都发觉了一种名叫Psammmotermes allocerus的白蚂蚁。

  二零一三年,Juergens明确提出,造就仙女圈的“仙女”更是这类白蚂蚁。他表述说,这种白蚂蚁在土壤层中打洞时毁坏了植物花部,并会以植物花为食,这使圆圈内的土壤层越来越贫乏,绿色植物已不生长发育。这样一来,降水能够 直接往下渗入,并汇聚在地底。因此,日常生活在圆圈内的白蚂蚁便能够 在干躁的荒漠中得到 充裕的水份和食材,在恶劣的环境中存活出来。

  今年,哥廷根大学的Stephan Getzi同事们对加拿大的48个仙女圈开展了科学研究,她们觉得,尽管在仙女圈中发觉了白蚂蚁,但白蚂蚁与仙女圈的产生并无关系,凭着白蚂蚁没法导致那么规模性且排序聚集的圆圈。她们科学研究了仙女圈地区的土壤层密实度黏粒成分,说明仙女圈是由非生物因素全过程产生的,比如飓风中的暴雨、极端化高溫和挥发等。

  殊不知,这二种叫法现阶段都未获得广泛认同,现阶段针对仙女圈的流行表述另有别的。

  二零一四年,科罗拉多高校的Michael Cramer同事Nichole Barger精确测量了纳米比亚仙女圈的尺寸和排序相对密度,发觉这种数据信息都和土壤层中的水份和养分含量相关。

  假如地域的降水量较小,土壤层贫乏,路面上则会产生很多超大的仙女圈,这种圆圈能够 存储水份和营养物质并根据渗入的方法出示给附近的植被。反过来,假如地域的降水量很大,土地资源含有营养物质,则仙女圈会排列稀少并缩小。小结而言,仙女圈是植被开展資源市场竞争时需造成的一种自发性的状况

  資源市场竞争基本原理:圆圈中土壤层中不生长发育植被,因此水份及养分含量高,当做着“水利枢纽”的人物角色,能够 向圆圈边缘和圆圈外的植被渗入水和营养成分。| 图片出处:[4]

  最近,有关仙女圈的科学研究又拥有新的进度。Stephan Getzi运用无人飞机和郊外气象观测站采集数据,对加拿大中西部的仙女圈再度进行了一系列科学研究,发觉仙女圈与图灵斑图(Turing pattern)拥有丝丝缕缕的关联。

  艾伦·图灵(Alan Turing)在破解编码和人工智能技术层面的造就更广为人知,但图灵实际上一样长期性从业生物数学的科学研究。

  上世纪中期,图灵明确提出,如果有二种特殊的化学物质(分子结构、体细胞等),在其中一种能够 推动图案设计的转化成,一种抑止图案设计的转化成。这二种化学物质反映外扩散,会自发性地机构成花纹、花纹、环纹、螺旋式或者黑斑等构造。这种构造被称作图灵斑图,在自然界,它经常被用于表述斑马鱼和豹的身上的花纹。

  反映扩散方程,它叙述了反映外扩散基础理论中的二种化合物是怎样开展反映和外扩散的。| 参照来源于:[7]

  一些初期对仙女圈的研究表明,图灵斑图很有可能适用仙女圈,而Stephan Getzin的科学研究根据很多无人机拍摄的照片和气象观测站的数据信息,剖析了仙女圈內外草的生长发育状况、仙女圈的尺寸与排列亲疏水平及其土壤层的水分含量,对图灵斑图的理论开展了认证。

  假如仙女圈图案设计合乎图灵斑图,那麼仙女圈的转化成就并不是任意的,只是与植物生长情况相关。研究发现,因为仙女圈里无植被的土壤层能够 存储水份,其周边的植被吸取了大量的水份,比别的地区的植被活力更强。这种活力强的植被十分有规律性地展现出贴近六边形的排序方法,与反映扩散模型的仿真模拟結果相符合。

  此外,依据图灵斑图的产生基本原理,活力极强的植被理应集聚在一起,而活力较差的植被则会任意散播。现场观查結果与这一假定相符合,进一步证实了仙女圈能够 被图灵斑图表述。

  干旱气候的植被如同生态体系的技术工程师一样,他们根据仙女圈的方法分配了生态体系中的水源,调整本身所在的生态环境保护。因而,即便在十分干躁极端的标准下,生态体系也可以一切正常运行。假如植被沒有自发性地开展调整,这种地域很有可能便会变为大面积土壤层外露的荒漠。

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  参照来源于:

  [1] https://www.nytimes.com/2013/03/29/science/fairy-circles-in-africa-may-be-work-of-termites.html?_r=0

  [2] https://arstechnica.com/science/2013/03/by-building-fairy-circles-termites-engineer-their-own-ecosystem/

  [3] http://www.sci-news.com/biology/australian-fairy-circles-06947.html

  [4] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0070876

  [5] https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200922102429.htm

  [6] Stephan Getzin, Todd E。 Erickson, Hezi Yizhaq,Miriam Muñoz‐Rojas, Andreas Huth, Kerstin Wiegand。 Bridging ecology and physics:Australian fairy circles regenerate following model assumptions onecohydrological feedbacks。 Journal of Ecology, 2020; DOI:10.1111/1365-2745.13493

  [7] https://teamhoudini.wordpress.com/2018/10/05/pattern-formation-alan-turing/

【编辑:匿名】

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