Modelo matemático de Alan Turing explica os misteriosos “círculos de fada” da Namíbia

Stephan Getzin / University of Göttingen

Os impressionantes padrões de vegetação dos “círculos de fada” australianos surgem de acordo com a teoria de 1952 enunciada pelo célebre matemático britânico Alan Turing.

Em 1952, quando o matemático britânico Alan Turing publicou o seu artigo teórico inovador sobre a formação de padrões, provavelmente nunca tinha ouvido falar dos “círculos de fada” australianos. Porém, com a sua teoria, lançou as bases para gerações de físicos tentarem explicar padrões altamente simétricos como ondulações de areia em dunas, riscas de nuvens no céu ou manchas no pêlo de um animal.

Agora, os ecologistas forneceram um estudo empírico para estender esse princípio da Física aos ecossistemas de terras áridas com “círculos de fada”.

Uma equipa de investigadores da Alemanha, Austrália e Israel levaram a cabo um estudo de campo em profundidade nas vastas áreas desabitadas da Austrália Ocidental, onde crescem plantas em disposições circulares – chamados “círculos de fada”.

Os cientistas usaram tecnologia de drones, estatísticas espaciais, mapeamento de campo baseado em quadrantes e registo contínuo de dados de uma estação meteorológica de campo.

Usando o drone e uma câmera multiespetral, os investigadores mapearam o “estado de vitalidade” – com que intensidade crescem – das ervas Triodia em cinco parcelas de um hectare e classificaram-nas como de alta e baixa vitalidade.

O trabalho de campo sistemático e detalhado permitiu, pela primeira vez em tal ecossistema, um teste abrangente da teoria do “padrão de Turing”.

O conceito de Turing era que, em certos sistemas, devido a perturbações aleatórias e um mecanismo de “reação-difusão”, a interação entre apenas duas substâncias difusíveis era suficiente para permitir que estruturas fortemente padronizadas emergissem espontaneamente. Físicos já usaram esse modelo para explicar os padrões de pele em peixes-zebra ou leopardos, por exemplo.

A modelagem anterior tinha sugerido que esta teoria poderia ser aplicada a estes padrões de vegetação intrigantes e, agora, existem dados robustos de várias escalas que confirmam que o modelo de Alan Turing se aplica aos círculos de fada australianos.

Os dados mostram que o padrão de lacuna único dos círculos de fada australianos, que ocorrem apenas numa pequena área a leste da cidade de Newman, emerge de feedbacks ecohidrológicos de biomassa-água das ervas.

Os círculos de fadas – com quatro metros de diâmetro, crostas de argila do intemperismo e do escoamento de água resultante – são uma fonte de água extra crítica para a vegetação. Os aglomerados de ervas aumentaram o sombreamento e a infiltração de água ao redor das raízes próximas.

Com o aumento dos anos após incêndios, fundiram-se mais na periferia das lacunas de vegetação para formar uma barreira para que pudessem maximizar a absorção de água do escoamento do círculo de fada. A cobertura vegetal protetora das ervas pode reduzir as temperaturas da superfície do solo em cerca de 25°C na hora mais quente do dia, o que facilita a germinação e o crescimento de novas ervas.

O matemático Alan Turing

Assim, os cientistas encontraram evidências tanto na escala da paisagem como em escalas muito menores de que as ervas, coma  sua dinâmica de crescimento cooperativo, redistribuem os recursos hídricos, modulam o ambiente físico e, portanto, funcionam como “engenheiros do ecossistema” para modificar o seu próprio ambiente e lidar melhor com as condições áridas.

“O intrigante é que as ervas estão a projetar ativamente o seu próprio ambiente, formando padrões de lacunas simetricamente espaçadas. A vegetação beneficia da água de escoamento adicional fornecida pelos grandes círculos de fada e, assim, mantém o ecossistema árido funcional, mesmo em condições muito duras e secas“, explicou Stephan Getzin, do Departamento de Modelagem de Ecossistemas da Universidade de Göttingen, em comunicado.

Isto contrasta com a cobertura vegetal uniforme observada em ambientes com menos stresse hídrico. “Sem a autoorganização das ervas, essa área provavelmente tornar-se-ia um deserto dominado pelo solo descoberto”, continuou Getzin.

O surgimento de vegetação padronizada semelhante à teoria de Turing parece ser a forma da natureza de administrar um antigo défice de escassez permanente de água.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica Journal of Ecology.