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#1

Feenkreise:

in Pflanzen: 22.04.2015 20:03
von Adamon • Nexar | 14.499 Beiträge

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Blick auf einige wenige der mysteriösen Feenkreise in Namibia. | Copyright: Dr. Stephan Getzin/UFZ

Okinawa (Japan) - Japanische Wissenschaftler haben ein gleiches Muster in zwei vermeintlich voneinander unabhängigen Systemen entdeckt: Hautzellen zeigen demnach ein auffallend ähnliches Verteilungsmuster wie das der sogenannten Feenkreise in der Namib-Wüste auf. Die Analyseergebnisse könnten eines Tages sogar auch dazu genutzt werden, um Leben auf fernen Planeten und Monden zu identifizieren.

Schon seit Jahrzehnten stellen die namibischen "Feenkreise" Wissenschaftler vor ein Rätsel, wenn es darum geht zu erklären, wie die auffälligen, vegetationsfreien Kreise in afrikanischen Graslandschaften zustande kommen. Konkret handelt es sich bei diesen Kreisen 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 (s.Abb.o.). 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).

Wie die Forscher um den Mathematikprofessor Robert Sinclair vom Okinawa Institute of Science und von der Science and Technology Graduate University (OIST) aktuell im Fachjournal "Ecological Complexity" (DOI: 10.1016/j.ecocom.2015.02.001) berichten, stelle die Übereinstimmung dieses Musters im Großen (Feenkreise) und im Kleinen (Hautzellen) eine wirklich merkwürdige Übereinstimmung dar und sei "absolut erstaunlich", liefere aber zugleich ein weiteres und vielleicht wichtiges Puzzleteilchen im Rätsel um die Feenkreise.

Obwohl die Verteilung der Feenkreise in den Wüsten und Graslandschaften zunächst rein zufällig erscheint, fanden die Forscher eine enge Übereinstimmung dieses Verteilungsmusters mit dem von Hauzellen. "Ein Muster, dass sich zugleich in derart unterschiedlichen Größenverhältnissen wiederfinde, ist in der Natur nahezu unbekannt", so Sinclair. (Anm.d.GreWi-Redaktion: Mit dem Verweis auf zahlreiche komplexe Muster, die sich sowohl im Kleinsten, wie auch im Größten - und dazwischen - finden, wollen wir in diesem Punkt dem Prof. Sinclair gerne widersprechen. Beispiele sind etwa die auffallenden Ähnlichkeiten zwischen Nervenzellen und die Verteilung von Galaxien und Quasaren im Weltraum oder die buchstäblich universelle Verbreitung der Fibonacci-Zahlreihe und Spiralen in unzähligen Beispielen natürlicher Formbildeprozesse...)

"Obwohl wir noch nicht erklären können, warum sich Hautzellen und die Feenkreise derart gleichen, ist es aber schon wichtig, überhaupt zu wissen, dass sie sich gleichen", so Sinclair.

Anhand von Satellitenaufnahmen der namibischen Feenkreise haben Sinclair und sein Kollege Haozhe Zhang von der Iowa State University die Anzahl der jeweiligen Nachbarkreise vermessen und mit einem Computerprogramm Linien durch jedes Kreispaar als imaginäre und mit den Zellwänden vergleichbare Grenze gezogen. Danach zählte der Computer erneut, wie viele Nachbarn jeder Feenkreis besitzt. Eine gleiche Zählung hatten Forscherkollegen schon vor einigen Jahren anhand von Hautzellen durchgeführt (s. Abb.).


Zwei vermeintlich voneinander unabhängige Systeme in völlig unterschiedlichen Größenverhältnissen: Feenkreise in der Namibwüste (l.) und mikroskopisch kleine Hautzellen (r.). | Copyright/Quelle: Okinawa Institute of Science and Technology - OIST

Tatsächlich zeigte ein Vergleich, dass die Ergebnisse der beiden Berechnungen nahezu identisch sind. Die meisten Feenkreise verfügen demnach über jeweils sechs Nachbarn - ganz genau wie Hautzellen. Allerdings geht die Ähnlichkeit zwischen den beiden Systemen über diese Gemeinsamkeit noch hinaus: Der Anteil von Feenkreisen mit vier, fünf, sechs, sieben, acht und neun Nachbarn entspricht grundsätzlich dem von Hautzellen.

"Eine solch große Übereinstimmung hatte ich zuvor nicht erwartet", gesteht Sinclair ein. "Wir haben die Ergebnisse mehrmals überprüft. Unter anderem auch deshalb, weil die Übereinstimmung so groß war, dass wir es selbst zunächst gar nicht glauben wollten."

"Alle bisherigen Erklärungstheorien und mathematischen Modelle zu den Feenkreisen, müssen nun auch das von uns nachgewiesenen Muster berücksichtigen, wenn sie zur Erklärung des Rätsels wirklich beitragen wollen", so Zhang.

Die Autoren der aktuellen Studie vermuten, dass die Übereinstimmung der Verteilungsmuster von Hautzellen und Feenkreisen deshalb so groß sein könnte, da beide um vorhandenen Raum "kämpfen". Sollte diese Hypothese zutreffen, so könnte man zukünftig Informationen über bestimmte Systeme alleine durch die Analyse ihrer Muster gewinnen. Beispielsweise könnte man nach Zeichen für Leben auf anderen Planeten oder fernen Monden suchen, selbst wenn nur Bilder als einzige Datengrundlage zur Verfügung stehen.

Hinzu könnte die Identifikation eines solchen Musters aber auch von ökologischen und biologischem Nutzen sein. "Es könnte uns dabei helfen, Licht auf die Frage zu werfen, was sich am anderen Ende des Spektrums eines System zuträgt, wenn wir die Vorgänge an einem Ende analysieren", so Sinclair abschließend. "Ein Verständnis über die Zusammenhänge dieser Muster im Großen wie im Kleinen könnte uns oft dabei behilflich sein zu vermeiden, den Wald vor lauter Bäumen nicht zu sehen."


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#2

RE: Feenkreise:

in Pflanzen: 15.04.2016 13:06
von Adamon • Nexar | 14.499 Beiträge

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Aus der Vogelperspektive wird ersichtlich, dass sich die Feenkreise (s. Ausschnittsvergrößerung) homogen über die Landschaft verteilen.
Copyright: Kevin Sanders
Leipzig (Deutschland) – Seit Jahrzehnten schon stellen die runden kahlen Flächen in den trockenen Grasländern der Namib-Wüste Wissenschaftler vor ein Rätsel. Während lange Zeit Termiten als Erklärung für die sogenannten Feenkreise bevorzugt wurden, stellen aktuelle Forschungsergebnisse diese Annahme zunehmend in Frage. Jetzt haben Forscher Feenkreise auch in Australien und damit erstmals außerhalb Afrikas entdeckt. Ein Vergleich der Phänomene miteinander scheint die neuste Theorie zu deren Entstehung zu bestätigen.

Wie Dr. Stephan Getzin vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) gemeinsam mit israelischen und australischen Kollegen im Fachjournal „PNAS“ (DOI: 10.1073/pnas.1522130113) berichtet, haben sie die rätselhaften Feenkreise nun auch im menschenleeren Outback Australiens entdeckt und erklären: „Die dortigen Untersuchungen liefern auch neue Indizien dafür, dass solche Feenkreise bei Wassermangel durch eine Selbstorganisation der Pflanzen entstehen.“

Aufmerksam wurden die Forscher auf das Naturphänomen in Australien durch das Foto einer australischen Kollegin in Newman. „Diese hatte ihnen ein Luftbild aus der Umgebung der Stadt geschickt. Darauf waren Pflanzenformationen zu sehen, die den Feenkreisen, die sonst nur im südlichen Afrika zu finden sind, sehr ähnlich schienen.“

Wie die Leipziger Forscher erläutern, gibt es in der Fachwelt verschiedene Theorien darüber, wie diese kahlen, oft von dichterem Gras gesäumten Kreise entstehen: „Einige Forscher haben dabei vor allem Termiten oder Ameisen in Verdacht. Diese Insekten sollen der Theorie zufolge an den Wurzeln der Gräser knabbern und sie dadurch zum Absterben bringen. Andere Wissenschaftler vermuten dagegen, dass unter den Kreisen Kohlenmonoxid als giftiges Gas aus dem Erdinneren aufsteigt und die Vegetation abtötet. Und eine dritte Fraktion geht davon aus, dass die kahlen Stellen unter bestimmten Bedingungen ganz von selbst entstehen. Am Übergang zwischen Wüste und Grasland reicht das Wasserangebot demnach nicht für eine geschlossene Vegetationsdecke aus. Also konkurrieren die einzelnen Gewächse um die kostbare Flüssigkeit und bilden dabei durch Selbstorganisation den charakteristischen, löchrigen Grasteppich.“

Schon seit einigen Jahren bevorzugt der Feenkreis-Experte Getzin die letztere Theorie. Vor allem Luftbilder von den entsprechenden Landschaften haben ihn davon überzeugt. Darauf hat er in früheren Studien die genaue Lage der kahlen Stellen analysiert: „Das Besondere an Feenkreisen ist, dass sie sich auch über größere Gebiete erstaunlich regelmäßig und homogen verteilen, aber nur innerhalb eines engen Niederschlagsbereichs“, so der Forscher.

Ein eben solches Muster, das an die sechseckige Struktur von Bienenwaben und die mehreckige von Hautzellen erinnert (…GreWi berichtete), kann seiner Ansicht nach am ehesten durch die Konkurrenz um Wasser entstehen. Diese Einschätzung haben er und seine Co-Autoren Hezi Yizhaq und Ehud Meron von der Ben-Gurion-Universität des Negev in Israel auch mit Computer-Simulationen bestätigt (…GreWi berichtete). „Lange hatten Ökologen die Selbstorganisation von Pflanzen in Trockengebieten nicht so recht wahrgenommen, da die theoretischen Grundlagen für diese Prozesse ursprünglich in der Physik zu finden sind“, sagt Stephan Getzin und verweist auf die langwierigen Vorarbeiten seiner beiden israelischen Kollegen. „Inzwischen aber wird immer klarer, wie wichtig dieser Prozess ist.“

Trotzdem waren zahlreiche Kollegen bislang skeptisch geblieben – schließlich sollte ein solcher Mechanismus ähnliche Strukturen auch in anderen Trockengebieten der Erde ergeben, da auch das Grasland Namibias keineswegs die einzige Region sei, in der Pflanzen um Wasser konkurrieren. Tatsächlich sei bekannt, dass Trockenheit auch anderenorts interessante Vegetationsmuster schaffe. „Nirgends aber schienen sich kahle Flecken in einer so regelmäßigen Sechseck-Struktur anzuordnen wie in Namibia.“


Ein großer Feenkreis mit einer harten Bodenschicht, die das Wachstum von Pflanzen verhindert. Australische Feenkreise haben im Schnitt Durchmesser von vier Metern, aber einige können auch größer als sieben Meter werden.
Copyright: Dr. Stephan Getzin

Umso elektrisierter war Stephan Getzin von dem Luftbild, das er 2014 aus Australien geschickt bekam, berichtet die UFZ-Pressemitteilung. Um das Phänomen genauer zu untersuchen, reiste Getzin gemeinsam mit seinem israelischen Kollegen Hezi Yizhaq nach Australien: „In vier Gebieten der kaum besiedelten Region haben die Wissenschaftler die kahlen Kreise vermessen, ihre Oberflächen-Temperaturen mit denen von bewachsenen Bereichen verglichen und die Spuren von Ameisen und Termiten kartiert. Sie haben beobachtet, wie an diesen Stellen das Wasser versickert und Bodenproben genommen, um sie später im Labor zu analysieren. Das alles haben sie mit Luftbild-Auswertungen, statistischen Analysen der Landschaftsmuster und Computersimulationen ergänzt.“ Das Ergebnis: Die Wissenschaftler sind sie sicher, dass es sich tatsächlich um echte Feenkreise handelt, die das gleiche Muster bilden wie ihre 10.000 Kilometer entfernten Pendants in Namibia.

Ihre Untersuchungen scheinen zudem die Theorie der Forscher zur Entstehung der Feenkreise zu bestätigen und gleichzeitig die Termiten-Erklärung zu widerlegen. Denn wo in Namibia in oder an den Feenkreisen meist zwei bis drei Termiten- oder Ameisenarten vorkommen und auf diese Weise Raum für Spekulation um einen Zusammenhang mit den Kreisen eröffnen, sei die Situation in Australien eindeutiger: „Dort haben wir in den Kreisen überwiegend keine Nester von ihnen gefunden und verborgene Sandtermiten wie in Namibia gibt es nicht in Australien“, berichtet Getzin.

„Die vorhandenen Nester haben ein komplett anderes Verteilungsmuster als die Feenkreise.“ Für ihn sei das ein deutlicher Hinweis darauf, dass die kahlen Flecken nicht durch tierische Aktivitäten, sondern durch die Selbstorganisation der Pflanzen entstehen. Dafür spreche auch, dass die in der Region dominierenden Gräser der Gattung Triodia in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Feenkreisen auch noch andere typische Trockenheitsmuster wie Streifen, Labyrinthe oder von kahlem Boden umgebene Einzelpflanzen bilden. „Insbesondere die Streifen- und Labyrinthmuster bilden sich bevorzugt auf harten Bodenoberflächen mit oberirdischem Wasserabfluss und sind vor allem bekannt von Gehölzen an Berghängen.“

Nach ihren Untersuchungen vor Ort haben die Forscher nun auch eine Vorstellung davon, wie das Wechselspiel zwischen Boden und Vegetation in dieser Region funktioniert: „Wo keine Vegetation den australischen Lehmboden schützt, wird seine Oberfläche nicht nur extrem heiß. Sie verbackt auch zu einer harten Kruste, in der kaum Wasser versickern kann. Das Wasser der wenigen Regenfälle fließt dort oberirdisch ab. Das aber sind extrem schlechte Bedingungen für keimende Pflanzen – die unbewachsenen Bereiche bleiben weiter kahl. Anders ist die Lage an Stellen, auf denen bereits erste Gräser gedeihen. Die Pflanzen sorgen dort für eine kühlere Oberfläche und einen lockereren Boden, in dem die Niederschläge besser versickern. Daher können sich lokal weitere Pflanzen ansiedeln und die Bedingungen wieder ein wenig verbessern – ein selbstverstärkender, kleinskaliger Prozess, der auf großer Landschaftsskala zu dem beobachteten Grasteppich mit Lückenmuster führt.“


Feenkreise im Marienflusstal in Namibia, im Hintergrund die Hartmannberge.
Copyright: Thorsten Becker (Beavis729 via WikimediaCommons), CC BY-SA 2.0

In Namibia sei der sandige Boden der Feenkreise dagegen viel durchlässiger, so dass die Niederschläge problemlos versickern können. „Daher bilden sich dort unter den kahlen Flecken Wasserreservoirs, die das umliegende Gras über Diffusionsprozesse im Boden mit Feuchtigkeit versorgen“, sagt Stephan Getzin abschließend. Das sei im Detail zwar ein anderer Mechanismus als in Australien, so der Forscher, er führe aber zum gleichen Vegetationsmuster, da beide Lückensysteme von der gleichen Instabilität ausgelöst würden.

Getzin will dem Phänomen nun weiter nachgehen und hält es durchaus für wahrscheinlich, dass es auch noch in anderen trockenen und dünn besiedelten Regionen der Erde bisher unbekannte Feenkreise gibt.

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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#3

RE: Feenkreise:

in Pflanzen: 01.10.2016 09:20
von Adamon • Nexar | 14.499 Beiträge

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...rmiten20160909/


Luftbild zahlreicher „Feenkreise“ südlich von Kintore im australischen Northern Territory.
Copyright/Quelle: Mike Gillam / Fiona Walsh
Canberra (Australien) – Mit der Entdeckung sogenannter Feenkreise, runde kahle Flächen in Trockengrasländern, erstmals auch außerhalb Afrikas, sahen sich im vergangenen Frühjahr deutsche Wissenschaftler in ihrer Theorie bestätigt, dass diese Erscheinungen nicht das Werk von Termiten, sondern das Resultat der natürlichen Selbstorganisation von um Wasser-Ressourcen konkurrierenden Pflanzen sind. Eine jetzt durchgeführte Vor-Ort-Untersuchung einiger australischer Feenkreise kommt jedoch zur gegenteiligen Beurteilung – und auch die australischen Ureinwohner führen die Kreisformen auf unterirdische Termiten zurück.

Die Feenkreise galten bislang als einzigartiges Phänomen der Trockengrasländer in der Namib-Wüste, das sich in Form tausender kreisförmiger Flächen blanker Erde mit Durchmessern von 2 bis 12 Metern abzeichnet, 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 und eine dritte Fraktion geht hingegen davon aus, dass die kahlen Stellen unter bestimmten Bedingungen ganz von selbst entstehen: Am Übergang zwischen Wüste und Grasland reiche das Wasserangebot demnach nicht für eine geschlossene Vegetationsdecke aus. „Also konkurrieren die einzelnen Gewächse um die kostbare Flüssigkeit und bilden dabei durch Selbstorganisation den charakteristischen, löchrigen Grasteppich“, erläuterte Dr. Stephan Getzin vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) gemeinsam mit israelischen und australischen Kollegen in einem im März 2016 im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1522130113) erschienenen Artikel (…GreWi berichtete).

Gerade durch die damals zum ersten Mal außerhalb Afrikas entdeckten Feekreise sahen sich die Forscher um Getzin bestärkt und erklärten: „Die dortigen Untersuchungen liefern auch neue Indizien dafür, dass solche Feenkreise bei Wassermangel durch eine Selbstorganisation der Pflanzen entstehen.“

In einer Widerlegung zu Getzins Artikel berichten nun Forscher um Fiona Walsh von der australischen „Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation“ (CSIRO) ebenfalls in den PNAS (DOI: 10.1073/pnas.1607860113) , über die Ergebnisse ihrer eigenen Untersuchungen zahlreicher australischer Feenkreise vor Ort in Western Australia und im Northern Territory.

Hier haben die Wissenschafter in den Zentren der dortigen Feenkreise gegraben und „überall (entweder aktiv genutzte oder verlassene) verfestigte (koagulierte) Böden und die klassischen Erdkammern von Erntetermiten der Gattung Drepanotermes“ vorgefunden. Zudem sei der Boden innerhalb der untersuchten Kreise von den Termiten „derart verfestigt worden, dass diese Muster noch Jahrzehnte nach der Nutzung durch die Kolonien als ‚Geisternester‘ erhalten bleiben.“


Beispiele australischer Feenkreise am Boden.
Copyright/Quelle: Fiona Walsh

„Unsere Daten belegen, dass die Termiten-Hypothese auch als Erklärung für die afrikanischen Kreise nochmals überdacht werden sollte, auch wenn das Team um Getzin diese bereits verworfen hat“, so Walsh in einer Erklärung zu den eigenen Ergebnissen.

Die Wissenschaftler berichtet zudem vom traditionellen Wissen der Ureinwohner, das zu einem Verständnis zumindest der dortigen Feenkreise beitragen könne und die kahlen Kreise in den Steppen ebenfalls auf Termiten zurückführt:

Als Antwort auf Wlashs Artikel haben sich auch Getzin und Kollegen im PNAS (DOI: 10.1073/pnas.1611877113) geäußert, jedoch erklärt, man stehe weiterhin zu den dargelegten Schlussfolgerungen: Obwohl Termiten dafür bekannt seien, kahle Stellen in Grasländern zu verursachen, sei keine Übereinstimmung zwischen den Eigenschaften der eigentlichen Feenkreise und der Aktivität von Termiten zu erkennen.

https://www.flickr.com/photos/133774061@...57668732621304/

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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#4

RE: Feenkreise:

in Pflanzen: 02.05.2017 20:51
von Adamon • Nexar | 14.499 Beiträge

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...othese20170329/

Weitere Studie stützt Selbstorganisations-Hypothese als Erklärung für Feenkreise:


Feenkreis in der Namib.
Copyright: School of Science IUPUI
Indianapolis (USA) – Während lokale Legenden Götter und Feen für die abertausenden Kreise in den Grasländern Namibias verantwortlich machen, diskutieren Wissenschaftler hauptsächlich zwei konkurrierende Erklärungshypothesen für die sogenannten „Fairy Circles“, also die namibischen „Feenkreise“. Eine aktuelle Studie von US-Wissenschaftlern stützt die Vorstellung von Selbstorganisation der um Ressourcen ringenden Pflanzen und fand keine Hinweise für das Konkurrenzmodell, das in Termiten die Verursacher der somit immer noch rätselhaften Kreismuster sieht.

Wie das Team um Lixin Wang.von der Indiana University-Purdue University aktuell in der Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research: Biogeosciences“ (DOI: 10.1002/2016JG003604) berichtet, erhofften sie sich von ihren Untersuchungen einzelner Feenkreise in der Namib-Wüste nicht nur neue Erkenntnisse über die Entstehung. Struktur und das Wachstum der Feenkreise, sondern auch über die Interaktion mit dem lokalen Wasserkreislauf und der Dynamik wasserarmer Ökosysteme.

Gemeinsam mit Kudzai Farai Kaseke, Sujith Ravi und Ilya Buynevich von der Temple University, sowie nd Eugene Marais vom National Museum of Namibia zeigen Analysen der Wasser-Infiltrationsrate, der Bodenfeuchtigkeit, der Eigenscahftend er betroffenen Gräser und der Körnung des Bodens, sowie der Wurzeln der Pflanzen aus unterschiedlichen Feenkreisen, dass die Gräser, die die Kreise bilden tatsächlich miteinander um Wasser konkurrieren.

Im Gegensatz dazu konnte ein hinzugezogener Termitenexperte in den untersuchten Kreisen keine Hinweise auf was Wirken der Insekten finden: „Es gab nirgends auch nur Anzeichen für Termitenaktivität. Deshalb stützen unsere Ergebnisse die Theorie der Selbstorganisation der Pflanzen als Erklärung für die Entstehung der Kreise“, so Wang abschließend.

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#5

RE: Feenkreise:

in Pflanzen: 19.12.2020 01:31
von Adamon • Nexar | 14.499 Beiträge

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...nkreise20200923

Turing-Muster erklären australische „Feenkreise“:


Luftbild australischer „Feenkreise“ mit jeweils rund 4 Metern Durchmesser und gleichmäßigen Abständen der Kreiszentren zueinander.
Copyright: Stephan Getzin

Göttingen (Deutschland) – Ein internationales Forschungsteam hat die Muster der Vegetation der australischen „Feenkreise“ analysiert und dabei festgestellt, dass das Modell des britischen Mathematikers Alan Turing die auffälligen Vegetationsmuster erklärt. Zudem zeigt die aktuelle Studie, dass die diese Muster bildenden Gräser als „Öko-Ingenieure“ ihre eigene feindliche und trockene Umwelt verändern und dadurch das Ökosystem am Leben erhalten.
Wie das Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland, Australien und Israel um Dr. Stephan Getzin von der Universität Göttingen aktuell im „Journal of Ecology“ (DOI: 10.1111/1365-2745.13493) berichtet, haben sie im im Outback von Westaustralien mit Drohnen und Multispektralkameras untersucht, wie stark und gut die nur in Australien heimischen Triodia-Gräser – innerhalb derer sich dortigen sogenannten Feenkreise bilden – wuchsen. Dafür wurde das Gebiet in fünf, jeweils einen Hektar große, Parzellen aufgeteilt und die Gräser nach hoher und niedriger Vitalität klassifiziert. Das Team ermittelte zudem kontinuierlich Daten mit Hilfe einer lokalen Wetterstation. Die auf diesen Beobachtungen und Daten basierende systematische und detaillierte Feldarbeit ermöglichte erstmals, in einem solchen Ökosystem einen umfassenden Test der Theorie der „Turing-Muster“ durchzuführen.

Diese von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Forschung hat Auswirkungen auf die Modellierung und das Verständnis ähnlicher Ökosysteme sowie auf die Identifizierung von Systemen, die ihre fragile Umgebung zum Schutz „selbst gestalten“ können.

Als „Feenkreise“ wurden ursprünglich Vegetationsmuster bezeichnet, die vornehmlich in der afrikanischen Namib-Wüste vorkommen. Die runden kahlen Flächen innerhalb von Wüstengrasflächen sind umsäumt von einem Rand deutlich stärkeren Pflanzenwuchses. Die Kreismuster (…die außer ihrer Grundform nichts mit Kornkreisen zu tun haben) ließen die Menschen schon von jeher über deren Entstehung und Herkunft rätseln.

Waren es im Volksglauben zunächst die Götter und eben die namensgebenden Feen, die für die unzähligen Kreisgebilde in der Namib-Wüste verantwortlich gemacht wurden, galten Feenkreise in Namibia lange Zeit als rein afrikanisches Phänomen. Erst 2014 entdeckten Forscher dann Feenkreise erstmals auch außerhalb Afrikas, in der Nähe der Bergarbeiterstadt Newman in Australien (…GreWi berichtete). Trotz einer Entfernung von rund 10.000 Kilometern weisen beide Vorkommen ein identisches räumliches Muster auf, was sie zu direkten „Verwandten“ macht.

Lange Zeit galten Termiten als alleinige Erklärung für die namibischen Feenkreise. Dann jedoch zeigten Untersuchungen anderer Wissenschaftler, dass sich in vielen Feenkreisen gar keine Hinweise auf die Aktivität der Insekten finden ließen, weswegen die beteiligten Forscher Selbstorganisation der um Wasser-Ressourcen konkurrierenden Pflanzen als neue Lösung des Rätsels um die Feenkreise präsentierten (…GreWi berichtete).

Während die Theorie zur Selbstorganisation der Pflanzen zwar im theoretischen Modell erstaunlich passende Verteilungsmuster der tatsächlichen Kreise produziert und dieses Verteilungsmuster auch dem anderer Selbstgeordneter Strukturen in der Natur entspricht (…GreWi berichtete), konnte es in der Praxis noch nicht eindeutig nachgewiesen werden. Hingegen verweisen die Vertreter der Termiten-Theorie auf bereits an zahlreichen Feenkreis-Orten durch Grabungen und andere Spuren nachgewiesene Termiten-Aktivität (…GreWi berichtete 1, 2)

Das Modell von Alan Turing (1912 bis 1954) besagt, dass in bestimmten Systemen aufgrund zufälliger Störungen und eines „Reaktions-Diffusions“-Mechanismus die Interaktion zwischen nur zwei diffundierbaren Substanzen ausreicht, um spontan stark gemusterte Strukturen entstehen zu lassen. Physikerinnen und Physiker haben dieses Modell verwendet, um die auffälligen Hautmuster zum Beispiel bei Zebrafischen oder Leoparden zu erklären. Frühere Modellierungen der australischen Feenkreise hatten bereits angedeutet, dass diese Theorie auch auf diese faszinierenden Vegetationsmuster zutreffen könnte. Mit der aktuellen Studie liegen robuste Daten vor, die dies nun bestätigen.

Als der britische Mathematiker 1952 seine bahnbrechende theoretische Abhandlung über Musterbildung veröffentlichte, hatte er höchstwahrscheinlich noch nie von den Feenkreisen gehört. Doch mit seiner Theorie legte er für Generationen von Physikerinnen und Physikern die Grundlage, um hochgradig symmetrische Muster wie Sandrippeln in Dünen, Wolkenstreifen am Himmel oder Flecken auf dem Fell eines Tieres mit dem Mechanismus der Reaktions-Diffusion zu erklären. (Quelle Turing: Universität Göttingen)

Die Daten zeigen, dass das Lückenmuster der australischen Feenkreise, die nur in einem kleinen Gebiet östlich der Stadt Newman vorkommen, aus ökohydrologischen Biomasse-Wasser-Rückkopplungen der Gräser hervorgeht. Die Feenkreise, die vier Meter Durchmesser haben und über verwitterte Oberflächenkrusten verfügen, sind durch den daraus resultierenden Wasserabfluss eine entscheidende zusätzliche Wasserquelle für die Trockenlandvegetation. Die Grasbüschel sorgen zudem für mehr Schatten und ermöglichen, dass mehr Wasser in die nahegelegenen Bereiche um die Wurzeln eindringt.

Wie die Forscherinnen und Forscher nun berichten, „verschmolzen die einzelnen Gräser mit zunehmender Wachstumszeit nach den immer wiederkehrenden Buschfeuern mehr und mehr an den Peripherien der Vegetationslücken zu einer Barriere, so dass sie ihre Wasseraufnahme aus dem Abfluss der Feenkreise maximieren konnten. Die schützende Pflanzendecke aus Gräsern kann die Boden-Oberflächentemperatur in der heißesten Tageszeit um etwa 25 Grad Celsius senken, was das Keimen und Wachsen neuer Gräser in der unmittelbaren Nachbarschaft erleichtert.“ Zudem zeigte sich, dass im großen Maßstab der Landschaft als auch in viel kleinerem Maßstab der Einzelpflanzen die Gräser die Wasserressourcen umverteilen, die physische Umwelt verändern und so als „Ökosystem-Ingenieure“ ihre Umwelt zum eigenen Vorteil anpassen.

„Das Entscheidende ist, dass die Gräser ihre eigene Umwelt aktiv gestalten, indem sie symmetrisch angeordnete Lückenmuster bilden“, so Getzin. „Die Vegetation profitiert von dem zusätzlichen Abflusswasser, das durch die großen Feenkreise bereitgestellt wird, und hält so das trockene Ökosystem auch unter sehr unwirtlichen, trockenen Bedingungen funktionsfähig.“ Dies stehe im Gegensatz zu einer gleichmäßigen Vegetationsdecke, die in weniger wassergestressten Umgebungen zu beobachten ist. „Ohne die Selbstorganisation der Gräser würde dieses Gebiet wahrscheinlich zu einer Wüste werden, die von kahlem Boden dominiert wird.“ Das Auftauchen einer gemusterten Vegetation scheine also eine Spielart der Natur zu sein, mit permanentem Wassermangel umzugehen.

Quellen: Universität Göttingen, eigene Rechcherchen GreWi
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