Откуда в пустыне берутся загадочные «круги фей»?

Исследователи десятилетиями спорили о происхождении бесплодных участков в пустыне Намиб, но потом ответ нашли российские учёные.

«Круги фей» — это бесплодные участки грунта или песка, окруженные растительностью. Они наиболее распространены в пустыне Намиб. Ученые с 1970-х годов спорили о том, почему в этих кругах не появляются или быстро погибают все растения. Теории включали в себя газ, убивающий растительность, термитов и даже НЛО, а по верованиям местных жителей, под землей живет дракон, огненное дыхание которого убивает все живое.

Фото: Marion Meyer / Denis Baranenko

В 2013 году ученые заявили, что наиболее вероятным подозреваемым в создании «кругов фей» был вид песчаных термитов Psammotermes allocerus. Норберт Юргенс из Гамбургского университета показал, что это насекомое было единственным видом, постоянно присутствующим на участках, где образуются круги. Его теория основана на том, что термиты поедают корни растений, прежде чем те смогут прорасти в почве пустыни, создавая водную ловушку — аналогично тому, как бобры создают плотины.

Однако эта теория споткнулась на том, что подобные круги были найдены в австралийской пустыне, где данный термит не водится.

Фото: Nicolas Renac / Flickr

Потом исследователи из Геттингенского университета представили еще одну версию происходящего, основанную на работах известного математика и криптографа Алана Тьюринга. Согласно представленной модели, круги следуют схеме выпадения осадков и могут быть вызваны конкуренцией между растениями, при этом круги более сильных и ярких трав высасывают питательные вещества и влагу из бедной почвы в центре.

Круги фей в Намибии

Фото: Wikimedia Commons

Всем представленным теориям явно не хватало эмпирических доказательств, поэтому в 2015 году профессор Марион Мейер из факультета наук о растениях и почвах Университета Претории начал междисциплинарное исследование о происхождении загадочных кругов. К южноафриканским ученым присоединились эксперты из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, которым удалось убедительно доказать, что за образование «кругов фей» ответственен молочай (Euphоrbia).

Фото: Wikimeadia commons

Молочай — это большой род растений, который включает в себя около 800 известных видов. Примерно 160 из них произрастают и в России. Молочаи относятся к суккулентам, это означает, что у них толстые «мясистые» листья, которые служат для удержания воды в засушливом климате или неблагоприятных почвенных условиях.

Эти растения известны из-за их липкого белого токсичного сока, образующегося в ветвях. Местные бушмены используют этот сок, обмакивая в него свои охотничьи стрелы.

Эксперты выяснили, что два вида молочая — E. damarana, E. gummifera и, возможно, другие виды, такие как E. gregaria, — выделяют водоотталкивающий сок после гибели, подавляя рост других травянистых растений и создавая бесплодные круги. Смерть молочая и создание «кругов фей» усугубляется повышением температуры.

Молочай подавляет прорастание других растений, а также обладает противомикробными свойствами против бактерий в ризосфере — той части почвы, которая находится рядом с корнями. Исследователи предполагают, что растение колонизировало песчаные равнины, когда в прошлом климатические условия были более благоприятными.

Поскольку песчаные почвы обладают низкой водоудерживающей способностью, молочай испытывал давление из-за нехватки воды и питательных веществ. Со временем, по мере повышения температуры, нехватка воды и конкуренция за питательные вещества привели к усилению конкуренции между этими растениями, и многие из них погибли.

Авторы работы отмечают, что темпы повышения температуры в Намибии за последние десятилетия примерно в три раза превосходят средние значения, зарегистрированные в ХХ веке.

Они выяснили, что разложение мертвых кустов молочая и образовавшийся липкий млечный сок, рассеивающийся на участках с погибшим растением, делает окружающую почву гидрофобной и не содержащей микробов.

Фото: Marion Meyer / Denis Baranenko

Молочай является аллелопатическим растением — вещества, которые он выделяет, подавляют рост других растений. Большинство выделяющихся соединений, вероятно, разрушилось бы за относительно короткое время, но млечный сок молочая прилипает к песку, становясь твердым и может сохраняться в почве в течение длительного времени.

Анализ почвы методом газовой хроматографии / масс-спектрометрии (ГХ / МС) проводился в Университете ИТМО. Исследователи обнаружили, что почва из «кругов фей» и из-под разлагающихся растений E. damarana очень схожа по фитохимии. 

Несколько соединений, ранее идентифицированных с антимикробной и токсической активностью, также были идентифицированы у E. gummifera, другого вида молочая.

Фото: Marion Meyer / Denis Baranenko

Наконец, объединив данные о количестве осадков, высоту и растительный покров в модели пространственного построения GIS, исследователи предсказали, где должны возникать «круги фей».

Модель в основном соответствовала распространению трех видов молочая и привела к новому открытию «кругов фей» на крайнем юго-востоке Намибии и даже в пустыне Калахари в Южной Африке. Исторические аэрофотоснимки за 50-летний период также показали, что в популяции из 406 растений E. gummifera в южной Намибии 134 куста молочая исчезли, а на их месте появились «круги фей».

Выводы исследования представлены в работе, опубликованной в журнале BMC Ecology.