在荒漠上“畫個圈圈”，真的是外星人干的嗎

黎茵

在非洲南部納米比亞的荒漠草原上，有一種非常奇特的自然現象。在干旱草原的地表，會神秘地出現植物無法生長的裸露圓斑，這種現象被稱為“仙女怪圈”。

神秘的“仙女怪圈”：奇特的植被分布圖案

納米布沙漠風景獨特，荒涼蕭瑟卻又壯麗無比。這些怪圈在納米布沙漠沿線的干旱草原廣為分布，多至上百萬個，直徑2～12米不等。每一個圓圈里都是裸露的沙土，無法生長任何植被，而圈外卻荒草叢生，圓圈邊緣部位的草甚至長得尤其茂盛。“仙女怪圈”在整個納米布廣袤的干旱草原中均勻分布，構成了奇特的圖案。從空中鳥瞰，它們就如同散布在織物上密密麻麻的圓點。在當地人的傳說中，這些神秘的圓圈是“神的足跡”，甚至有故事傳說，在納米布沙漠草原的地下潛伏著巨龍，龍在地下吐出的毒氣致使怪圈里面寸草不生。除此之外，也有人聯想到麥田怪圈，認為這些圓圈是不明飛行物著陸而留下的痕跡。

爭議不休：關于“仙女怪圈”的觀點交鋒

近半個世紀以來，科學家一直試圖破解“仙女怪圈”的成因，但是合理解釋這種神秘的自然現象存在很多實際困難。“仙女怪圈”的起源一直處于不斷的爭論之中，由此也產生了多種不同的說法。最為主流的說法有兩種。

第一種說法是，圈內植物死亡是白蟻啃食植物根部所致。在這一觀點中，動物活動首先被假設為導致“仙女怪圈”形成的原因，尤其是沙地白蟻的假說。德國植物學家Juergens等人認為，在當地草原棲息的沙地白蟻具有根草食性，會在剛發芽的草根上覓食并因此殺死植物，導致形成沒有植被的裸露區域；又或是白蟻為了不讓蟻窩附近的地下水流失，會吃掉草葉以避免蒸散。這種理論聽起來較為簡單，因此很容易被人們接受。但是此后很多研究人員對“仙女怪圈”進行了廣泛的實地挖掘，大多數考察結果都表明在這片區域內不存在白蟻或其巢穴，某些“仙女怪圈”與白蟻的相關性也沒有因果關系。無論是沙地白蟻還是其他在“仙女怪圈”棲居的動物，都沒有證據顯示它們對圈中植物的根系造成了損害。

第二種說法認為，“仙女怪圈”的形成與植物的自組織行為有關。這種理論認為，怪圈的形成是植物爭奪納米比亞稀缺水源的結果。植物通過根系從土壤中提取水分，在競爭過程中導致了圈內植物的干旱死亡。這種理論在最新的研究結果中得到了進一步的證實。在納米布沙漠地區，由于這片沙漠極度干旱、降水不可預測，一年生牧草的生長是對罕見降水事件的不穩定的短期反應。“仙女怪圈”的形成與降雨有著密切的聯系。降雨過后，由于新長出來的草只需幾周就能完成其生命周期，因此，想要解開“仙女怪圈”的謎團，就需要在降雨后的田野調查中把握好時機。

迷霧漸散：一場植物之間的水資源“爭奪賽”

德國生態學家Getzin等人為了解開“仙女怪圈”之謎已經在納米布沙漠地區跟蹤考察了多年。在2022年10月他們發表了最新的研究成果，研究團隊跟蹤分析了2020年至2022年納米比亞沿岸的降雨情況，并在引發草種子萌發生長的降雨后不同時間間隔評估了“仙女怪圈”內草死亡的原因，也評估了白蟻對圈中植物的影響。

研究團隊使用土壤濕度傳感器測量了從旱季到雨季的土壤水分，研究新出現的草在空間和時間上如何影響土壤水分含量。結果表明，“仙女怪圈”中草的死亡原因并非白蟻活動導致。同時，測量分析結果也發現，植物萎蔫并非由“仙女怪圈”內更快的滲透速度造成的。

然而，土壤水分測量記錄卻表明，降雨后“仙女怪圈”外圍的草生長迅速，嚴重消耗了“仙女怪圈”的上層土壤水分。正是由于植物水分脅迫，“仙女怪圈”中的草才會在降雨后立即死亡。換句話說，圈中的植物是因為圈外植物爭搶水分而導致缺水死亡的。這一結果表明，納米比亞的“仙女怪圈”是由生態水文反饋而引起的自組織植被現象。

在納米布沙漠地區，形成“仙女怪圈”是由植物的高吸水率和水分的急速水平傳播所引起的，這破壞了均勻植被的穩定性，從而導致了所謂的“圖靈模式”。

在這里解釋一下，數學家艾倫·圖靈在1951年提出了著名的“形態發生反應擴散理論”，因此圖靈的模型也被稱為反應擴散機制，該理論成了理論生物學的基本模型。它描述了自然界中的圖案（如圓點、斑點、條紋和螺旋形等圖案）如何從均勻的狀態中自然產生，這種圖案模式被稱為圖靈模式（Turing patterns）。基于圖靈模式理論，科學家們可以用數學解釋化學和生物系統中形成的穩定結構和規律的重復斑圖，例如老虎和斑馬魚的條紋、豹子身上的花斑等等。

在納米布沙漠草原中，“仙女怪圈”外圍生長的草積極地改變了圈內的土壤濕度，充當著“生態系統工程師”的角色。它們通過形成周期性植被間隙模式防止其他草在“仙女怪圈”內生長，并從其中所提供的額外水資源中“獲益”。

在納米布沙漠的均質沙土中，“仙女怪圈”極為規則的、空間周期性的聚集，使得植被之間形成高密度的間隙，并向草提供水這一“生命之源”。這一特點，對于植物在水資源極度匱乏的環境中生存至關重要，同時也導致了“仙女怪圈”這種奇特的植被間隙模式的出現。

（選自2022年11月23日“科普中國”微信公眾號，本刊有刪改）