Тайну горных «овечьих троп» приоткрыл виртуальный «выпас» стада
Более века ученые, включая Чарльза Дарвина, безрезультатно спорили о происхождении ступенчатых «овечьих троп» (террасет) на крутых склонах гор. С помощью компьютерного моделирования исследователи показали, что эти ландшафтные структуры создают стада пасущихся животных, интуитивно выбирающих оптимальный маршрут
В природе часто встречаются сложные структуры, возникающие в результате взаимодействия физической среды и живых существ. Например, это полосы растительности или гексагональное расположение птичьих гнезд. К таким структурам, вероятно, относятся и террасеты – пологие горизонтальные уступы шириной около 15–25 см, формирующие ступенчатые узоры на крутых, покрытых растительностью склонах гор во многих регионах мира.
Эта форма рельефа уже более века ставит ученых в тупик, так как факторы образования террасет до сих пор точно не установлены. Насчет механизма их возникновения имеются разные гипотезы. Согласно первой, причиной служит крип – чрезвычайно медленное сползание почвы вниз по склону под действием гравитации; согласной второй – регулярное вытаптывание склонов пасущимися животными, такими как овцы, коровы или дикие копытные.
Чтобы разгадать эту загадку, исследователи из США смоделировали передвижение копытных животных на склонах гор. Виртуальные травоядные подчинялись простым правилам: искали пищу, одновременно избегая лишних затрат энергии. В модели была реализована обратная связь – каждый шаг виртуального животного уплотнял почву и «съедал» биомассу, что изменяло рельеф и влияло на траекторию животного, идущего следом.
Так как подъем в гору расходует много сил, наиболее энергетически эффективная стратегия – двигаться поперек холма, а не прямо вверх или вниз. Наблюдение за симуляцией показало, что после тысяч шагов движение «животных» стало концентрироваться вдоль поперечных путей так, что постепенно формировались периодические ступенчатые полосы.
Для проверки точности модели ученые сравнили степень упорядоченности «узоров», полученных алгоритмом, с реальными на фотографиях коровьих и козьих троп. Результаты подтвердили, что эти «виртуальные» структуры похожи на природные террасеты.
Таким образом, было показано, что коллективное движение животных может формировать ступенчатый рельеф на склонах холмов и гор. Этот процесс происходит благодаря биогеоморфологической обратной связи (когда живые организмы косвенно влияют на поведение друг друга, изменяя общую среду обитания). Террасеты возникают не вопреки, а благодаря хаотичному, случайному движению животных и их взаимодействию между собой и с ландшафтом. Те же самые принципы самоорганизации проявляются в архитектуре муравьиных троп и в удобных тропинках, которые люди прокладывают прямо по газонам.
В будущем аналогичные методы компьютерного моделирования могут быть использованы для изучения влияния живых организмов на форму других природных ландшафтов.
Что касается этой работы, то сделанные выводы желательно подтвердить с использованием топографических данных высокого разрешения, полученных с помощью GPS или LiDAR. А для точной калибровки параметров движения и энергетической чувствительности модели требуются полевые исследования с использованием GPS-трекеров, акселерометров и регистраторов сердечного ритма, установленных на реальных животных, которые позволят количественно оценить длину их путей, углы поворотов и энергетические затраты.
Фото: https://commons.wikimedia.org
Статьи:








