Donnerstag, 27. Juni 2013

Computermodell von Pflanzen- und Wurzelwachstum erklärt Afrikas "Feenkreise"


Feenkreise im namibischen Marienflusstal.
| Copyright: Stephan Getzin (via Beavis729, commons.wikimedia.org/wiki/User:Beavis729)


Brüssel (Belgien) - Seit Jahrzehnten stellen die sogenannten "Feenkreise", wie sie vornehmlich in den steppenartigen Grasländern des südlichen Afrikas zu Tausenden zu finden sind, Wissenschaftler vor ein Rätsel und provozierten bereits die unterschiedlichsten Erklärungstheorien und kontroverse Diskussionen. Jetzt hat eine Gruppe aus Forschern sich dem Mysterium mittels Computersimulationen von Pflanzen- bzw. Wurzelwachstum genähert und scheinen damit die Entstehung, Form, Größe und Verbreitung der Feenkreise erklären zu können.

Konkret handelt es sich bei besagten Feenkreisen um tausende kreisförmiger Flächen blanker Erde mit Durchmessern von 2 bis 12 Metern, innerhalb derer keine Vegetation wächst, deren Rand jedoch von einem Saum dichteren und höheren Graswuchses markiert wird. Während die Einheimischen in den Kreisen die "Fußspuren der Götter" sehen, vermuteten Wissenschaftler bislang, dass die Kreise von Erntetermiten freigefressen werden. Eine andere Theorie vermutet Erdgasaustritte als Ursache der Kreise (...wir berichteten s. Links).


Anhand von Langzeitbeobachtungen wissen Pflanzenbiologen, dass die Feenkreise über mehrere Jahre bis Jahrzehnte stabil sein können, ihre Struktur also kein Zufall ist. Wie genau die Kreise jedoch entstehen und warum die Flächen zudem immer nur rund und nicht andersförmig sind, konnte bislang noch niemand genau erklären.
 

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Eine Gruppe aus Forschern um Cristian Fernandes-Oto von der Université libre de Bruxelles haben sich dem Problem nun mittels Computersimulationen genähert und können tatsächlich zeigen, dass Feenkreise eine immer dann und dort nahezu zwangsläufig auftauchende Erscheinung sind, wenn und wo Pflanzen unter trockenen Bedingungen um Wasser konkurrieren.


Wie die Forscher vorab auf "arXiv.org" berichten, basiert ihr Computermodell zum einen auf dem Umstand, dass eine einzelne Pflanze ein unterirdisches Wurzelsystem ausbilden kann, das vielfach größer ist als die Pflanze über der Oberfläche. Tatsächlich bestimmt beim natürlichen Wuchs die Größe der Wurzeln u.a. auch, wie dicht einzelne Pflanzen beieinander wachsen können.


Als nächstes geht das Computermodell davon aus, dass Böden grundsätzlich in zwei unterschiedlichen stabilen Zuständen existieren: Entweder ist die Struktur des Bodens einheitlich mit Vegetation bedeckt oder uneinheitlich mit oftmals vegetationsfreien Stellen.



Einzelner großer Feenkreis im namibischen Marienflusstal.
| Copyright: Thorsten Becker cc-by-sa-2.0-de (via Beavis729, commons.wikimedia.org/wiki/User:Beavis729)


Zu dem für die Entstehung von Feenkreisen interessanten Verhalten der Pflanzen kommt es nun laut dem Computermodell dann, wenn beide Zustände sozusagen zugleich bestehen und also eine Art Frontverlauf dort entsteht, wo kahle Regionen auf fruchtbaren Boden treffen.


Wie sich zeigt, rücken Pflanzen entlang dieser Front immer dann dichter zusammen, wenn die kahle Region schrumpft, wenn ihre Wurzelsysteme miteinander interagieren.


Da die Pflanzen jedoch nicht dichter zusammenrücken können, als ihre Wurzelsysteme dies ihnen im Maximalfall erlauben, hält diese Kontraktion inne, wenn die kahle Region auf eine bestimmte Größe schrumpft. Nun stellt ganz von alleine, sozusagen auf ganz natürliche Art und Weise der Kreis die effizientesten Form für dicht auf dicht aneinandergerückte Pflanzen dar - und der Feenkreis ist vollendet.


Wie der "The Physics arXiv Blog" herausstreicht ist das besondere des Ergebnisses der Computersimulation aber auch, dass dieses vorhersagt, dass die Kreise in trockenen Umgebungen größer werden sollten, da hier die Konkurrenz zwischen den Pflanzen um Wasser stärker ist, dieser Umstand die Pflanzen dazu bringt, größere Wurzelsysteme auszubilden und deswegen die Pflanzen weniger dicht aneinander heranrücken können.


Tatsächlich, so berichten die Forscher, sei genau dies anhand der echten Feenkreise zu beobachten, wenn Pflanzenbiologen anhand der Feenkreise in den Grasländern des südlichen Angola, Namibia und Südafrika ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Größe der dortigen Feenkreise und der Verfügbarkeit von Wasser zu beobachten sei. In den nördlichen Teilen dieser Region, die näher am Äquator liegen und deutlich trockener sind, weisen die Feenkreise Durchmesser von rund 10 Metern auf, während sie in den südlicheren und feuchteren Regionen nur noch um die zwei Meter große werden.


Allerdings geht die Nutzbarkeit dieser Erkenntnis über ein Verständnis des Phänomens der Feenkreise hinaus, da sich das dahinterliegende mathematische System auch auf andere Systeme anwenden lassen könnte, wenn diese ähnliche Eigenschaften aufweisen, kommentiert der arXiv-Blog. "Das bedeutet, dass sich das Modell auf jedes System anwenden lässt, das aus miteinander um eingeschränkte Ressourcen konkurrierenden Einheiten besteht, die beide in einer bestimmten Region sowohl gedeihen als auch ersterben können. Es ist nicht schwer sich solche Systeme vorzustellen, etwa die Art und Weise der Ausbreitung von Epidemien, Kriege oder Produkte und Handelszonen." Ob sich in diesen alternativen Systemen auch Entsprechungen für Feenkreise bilden, wäre nun eine interessante nächste Fragestellung.


- Den vollständigen Artikel auf arXiv.org finden Sie HIER


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Erneute Kontroverse um Entstehung der Namibischen Feenkreise 29. März 2013
Studie offenbart "Lebenszyklus" der Namibischen Feenkreise 30. Juni 2012 

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