出品|网易科学人栏目组 卡麦拉
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在电影《疯狂的麦克斯：狂暴之路》中有无尽的荒芜沙漠，目前科学家试图揭晓一种困惑科学家数十年的沙漠自然现象——“精灵怪圈(Fairy Circles)”，他们认为精灵怪圈是沙漠中的“生命堡垒”，甚至具有强磁性，白蚁是这些神秘怪圈形成的“罪魁祸首”。
在今年春季的一个夜晚，德国自然学家诺伯特·朱尔根斯(Norbert Jurgens)在纳米布沙漠探险时迷失方向，他离开了自己的营地来到“豹岩之地”,这是一大堆片岩堆积的地形，同时，他所在位置是一片广袤平原，点缀着红色发光的山丘。此时距离日落还有20分钟，他打算利用这些这段宝贵的时间。
接下来的部分可能听起来有点儿像自然纪录片情景再现，朱尔根斯膝盖跪在地上，把晒得黝黑的胳膊埋在沙层之中，一直延伸至肘部。当他在这里徘徊时，突然脑子里闪现一个启示。从“豹岩之地”顶部观测下来，可以俯视观察到他们探险队的采石场，在这片平原上，一些环形裸露土层点缀在干旱的平原草地之间，每个环形土层接近地面池塘大小。来自德国汉堡大学的朱尔根斯教授一边挖掘这些神秘怪圈的土壤，一边思考这些裸露土层是如何形成的。
这些环状斑状结构是纳米布沙漠神秘的“精灵怪圈”，数十年以来吸引了大量游客前来参观，他们的探险队也进入了这片广袤沙漠。近年来，朱尔根斯和其他研究人员对精灵怪圈形成原因产生了激烈争论，他们的个人观点和勘测数据与世界著名科学期刊发表论文的观点并不一致。
然而，这并不仅仅是关于旅游景点的一项学术争论，在新兴的生物模式分析领域，精灵怪圈成为一个测试案例，他们可能提供关于未来沙漠生态系统的“加密信息”，并且有助于未来人类能够在这片沙漠中幸存下来。
精灵怪圈主要分布在大西洋沿岸的非洲南部地区，这里气候炎热，土壤沙化，该地区是一个从北至南的狭长地带，从南非理查德斯维德山脉一直延伸至安哥拉南部，长度达到数千公里。
最小的精灵怪圈直径大约5英尺，越往北部，精灵怪圈的直径越大，在安哥拉境内，最大的精灵怪圈直径可达到130英尺。一些精灵怪圈至少可存在75年，甚至数个世纪。精灵怪圈其中一个神秘特征是神秘的低强度磁性，将一个磁铁从怪圈中划过，吸到的磁性颗粒比怪圈之外更多。自上世纪70年代以来，科学家对精灵怪圈的起源持有各种观点：有人认为裸露的怪圈部分可能是一种叫做damarana的大戟属有毒灌木植物释放化学物质所导致的；或者它们是贪婪草白蚁(Hodotermes mossambicus)的觅食区；或者是草白蚁的化石巢穴；或者是精灵怪圈内部植物被自然发生的辐射或碳氢化合物渗漏杀死的。
你必须知道白蚁对于精灵怪圈的形成是非常重要的。
朱尔根斯首次看到精灵怪圈是1980年，当时他是一名研究生，前往南非理查德斯维德地区研究适应沙漠生存环境的“活化石植物”。2000年，朱尔根斯开始担任BIOTA机构的科学协管员，BIOTA是南非境内一个大型环境监控网络机构。据悉，朱尔根斯用多年时间观察精灵怪圈，从环境监测站收集大量数据，这些资料引起了他的好奇心，2000年中期，他从精灵怪圈中采集样本，希望能够揭晓其中的谜团。他挖掘了一个又一个精灵怪圈，测量怪圈中土壤湿度和其它变量，并将找到的每一种植物和动物都填入一张表格之中，他说：“当我将多个怪圈表格数据进行对比时，只有一栏出现概率最高——白蚁。”
过去5年里，朱尔根斯一直坚持认为形成精灵怪圈的真正罪魁祸首不是贪婪的草白蚁，而是另一种白蚁物种——体形微小没有视力、栖息在沙漠的Psammotermes allocerus。朱尔根斯坚持的观点使他成为争议焦点，至今这仍是一场未平息的争论。
你必须理解白蚁是非常重要的，如果你将全球热带地区的所有动物按比例堆起来，白蚁的重量大约占总重量的10%。仅在非洲就有超过1000多种白蚁，其中包括大白蚁，它们能够建造像大教堂塔结构的白蚁丘，其高度超过大象。
这种巨大的生物足迹不仅仅让科学家们产生兴趣，据近期一项人类生物学研究表明，非洲许多土著部落也在使用白蚁。白蚁富含蛋白质，卢旺达一些地区经常食用白蚁；同时，贝宁居民使用活白蚁缝合伤口，白蚁巢穴的真菌有时与蜂蜜混合在一起，形成一种美味的营养品；在科特迪瓦，当地阿格尼人将他们的亲人遗体埋葬在废弃的白蚁丘中。
最初朱尔根斯并不完全了解Psammotermes allocerus，在13号探险小组中，除了朱尔根斯，有3位是朱尔根斯实验的成员，一位名叫维尔霍·穆图雷尼(Vilho Mtuleni)的纳米比亚研究助理员，还有多位德国汉堡大学的研究生。
今年2月份，朱尔根斯和探险小组同事聚集在纳米比亚首都温特和克，据了解，温特和克仍在摆脱德国二战时期的殖民统治影响，目前这座城市又遭受南非的种族隔离制度的迫害。朱尔根斯和同事在温特和克购买完物资之后，驾驶一辆四驱大篷车离开。当他们从纳米比亚中部向西驶向大西洋方向时，陆地变得越来越干燥。行驶途中，朱尔根斯发现途中景色十分别致，河流干涸，有时会看到织鸟巢穴，以及巨大红色大白蚁丘，就像竖起的拇指。
当天晚上，朱尔根斯和大家在阿坝华伯河(Aba Huab River)空旷沙层河床露营，第二天，朱尔根斯带领车队沿着河床前行，最终进入一片宽阔地形，远处有可以攀登的山丘。
如果你观看过电影《疯狂的麦克斯：狂暴之路》，电影取景于纳米布沙漠，当你站在纳米尔沙漠，预示着未来可能看到的世界末日。这片沙漠已有5500万年历史，或者其历史更久远，在这些年代里，纳米布沙漠的动植物在不可能的状况下不断进化发展。
当朱尔根斯驾车继续前行，突然他将大蓬车停下来，其他人跟随他一起下车，他走到山丘底部，然后对大家说：“这是你们发现的第一个精灵怪圈。”他们站在一个光秃秃的圆圈中，周围却长着较高的草丛，朱尔根斯研究这个怪圈，就像天文学家在仔细研究一个螺旋星系。他指出了沙地白蚁最清晰的活动踪迹：一簇草覆盖在管状沙子上，白蚁在它们吃的草茎旁筑起了管状沙子结构。
之后朱尔根斯进一步讲解他的“精灵怪圈解剖理论”，该理论首次发表在2013年出版的《科学》杂志上。在精灵怪圈中心是光秃秃的土壤，围绕其周围的是“多年生植物带”，是由最高、最健康草丛构成的稀薄环状结构，再向外是最厚密的环形健康草丛。在这两层草丛之间是稀疏的草丛，他称之为“基质”。
他在《科学》杂志发表的研究报告指出，体形微小、不起眼的Psammotermes allocerus白蚁建造精灵怪圈，用于改变周围环境，这就像河狸建造水坝一样。依据他的观点，每一个精灵怪圈的功能就像一个贮水池。
如果这些突显的死亡之地变成了生命堡垒，岂不是妙趣横生？
朱尔根斯的观点是这样的，当雨水最终降落在干旱的纳米布沙漠，太阳和植物根茎能够将水分从地下吸出来，但是在精灵怪圈贫瘠土壤中，白蚁会啃食植物根茎，阻止其继续生长。由于精灵怪圈内部缺少植物，将导致雨水渗入土壤之中，进入更深的土壤层，并在土壤颗粒之间的孔隙逗留。依据朱尔根斯的测量数据，精灵怪圈之下两英尺处的土壤比周围土壤更加湿润，大约多5%蓄水量。因此他认为，生活在精灵怪圈之下的白蚁使用它们特殊的口器，一年四季可以享用沙漠中的水。
这种策略可能帮助白蚁维持“食物仓库”，通过让精灵怪圈周围形成多年生植物带，以及怪圈内部土壤贫瘠，地下却蕴藏大量水分，朱尔根斯认为，白蚁能够确保一些植物永久生存，即使处于干旱季节。对于精灵怪圈的神秘磁性特征，很可能是风吹过，将较小的微粒吹走，留下较重的富铁微粒，它们具有天然磁性。
当朱尔根斯为自己的理论搜集证据时，他记录了数十起动物在精灵怪圈生活受益的过程，它们在精灵怪圈获得了水资源和植物食物等。例如：蚂蚁和沙鼠经常生活在精灵怪圈附近的空地，羚羊也经常在这里休息，这里有植物和水，同时，土豚会在精灵怪圈挖掘吃白蚁。
当探险小组离开发现的第一批精灵怪圈，他们驾车穿越沙漠干涸的河床，当汽车在沙层上打滑，朱尔根斯脑子里浮现出一些问题——早期关于精灵怪圈的理论认为这是“疤痕”，是植物中毒或者过度采集所导致的。如果这些明显的死亡区域变成了生命堡垒，岂不是妙趣横生的事情？
此外，还有其它一些关于精灵怪圈的理论，一种理论起源于1952年，是英国博学家阿兰·图灵(Alan Turing)提出用一个数学框架解释自然界模式。他表示，仅使用几个方程，可以设计出植物叶片的纹理，斑马身体上的条纹，或者豹子身体上的斑点。
当朱尔根斯提出他的沙漠白蚁假说时，一种无白蚁的精灵怪圈理论开始出现在科学期刊上。这就是所谓的“自组织机制(self-organization)”,而不是豹斑覆盖观点，认为大量草丛生长在纳米布沙漠地区。
在草丛的阴凉处存在更多的水分，因为草会散发一些湿气，受此影响，在草丛旁阴凉处会有其它草丛生长。同时，草丛根部在地下延伸至各个方向，试图吸取其它的水资源。在健康的植被区，植物根部吸走了所有水分，形成一片规则的不毛之地，在计算机模拟中，这些不毛之地看上去非常像精灵怪圈。
德国亥姆霍兹环境研究中心斯蒂芬·盖特辛(Stephan Getzin)说：“精灵怪圈的形成与水资源可利用量密切相关。”据悉，他与以色列生态学家伊胡德·梅伦(Ehud Meron)等人一起研究提出精灵怪圈解释论。
依据他们的模型，精灵怪圈存在于一个更大的连续性结构中。当草地上减少降雨量时，将出现像精灵怪圈一样光秃秃的贫瘠土壤，周围是像迷宫一样的图案，逐渐减少的草丛。如果你要处理这片土地，精灵怪圈的存在敲响了警钟：尽快行动吧！因为这一系列变化将导致出现裸露的沙丘。
精灵怪圈是上天赋予的礼物！
依照这种观点，纳米比亚的精灵怪圈仅是土壤荒漠化的一个特写，怪圈不随时间推移而发生变化，但从空间角度来看，从潮湿的东部至干燥的西部，精灵怪圈数量逐渐增多。
对于盖特辛和他的同事而言，白蚁仅是出现在精灵怪圈中多种生物之一，他说：“朱尔根斯是一位专业的植物学家，如果他能找到这些白蚁，那么接受过专业培训的昆虫学家也能做到。”
但是研究精灵怪圈数十年时间的著名群居昆虫专家沃尔特·图什克尔(Walter Tschinkel)表示，他对精灵怪圈的挖掘工作中，发现白蚁并不常见。同时，另一位昆虫学家尤金·马雷斯(Eugene Marais)在精灵怪圈中也没有发现白蚁。
朱尔根斯说：“在精灵怪圈中看不到、挖掘不到白蚁是一件非常糟糕的事情。”白蚁很容易被忽视，需要用吹风机仔细地观察寻找，为了打破这一僵局，他让一个博士生从精灵怪圈中挖出沙子进行白蚁DNA基因检测，但是这一测试仍在进行之中。
同时，“自组织机制”理论阵营正在忙于搜集相关证据。研究人员指出，保持一定间隔的精灵怪圈是“图灵数学模型”的证据，精灵怪圈现象背后并非是一些小虫子形成的。他们证明在精灵怪圈中，水的确可以跨越较大的水平距离，这是证实草丛之间长距离竞争水资源的重要环节。
2016年，盖特辛和同事们宣布发现另一种精灵怪圈——在远离纳米布沙漠6000英里的澳大利亚内地，发现没有白蚁存在的类似精灵怪圈结构。这一发现引发了持续性的争议，澳大利亚科学家指出，之前记录数据表明内地的精灵怪圈是白蚁所导致的，自组织机制理论的解释遭到了反驳。
对于自组织机制理论支持者而言，该理论为全球各地植物的常规生长模式提供一个广义通用解释，它是一个综合性的解释，但并不适用于揭晓精灵怪圈之谜。图什克尔说：“在科学探索中，即使所有证据都是相反的，但是研究人员仍不放弃，努力地探索着，精灵怪圈的白蚁理论就是其中一个实例。”
我们的车队缓慢地朝向最终勘测地点，在此期间，首先德国汉堡大学的学生们出现胃部不适，同时朱尔根斯汽车轮胎松动，在探险途中第三天的傍晚，我们终于抵达Giribesvlakte，这是一片干燥平原，四处都是牧草，精灵怪圈看上去非常明显，轮廓清晰，犹如曲奇成型刀切割之后的效果。我们开始安置营地，之后朱尔根斯提议将整个团队分成几个小组。
本科生克莉丝汀·莱姆克(Kristin Lemke)负责写她的论文，并帮助在Giribesvlakte区域精灵怪圈中收集蚂蚁巢穴的勘测数据；正在攻读博士学位的费利西塔斯·甘特(Felicitas Gunter)在两个邻近精灵怪圈处挖掘一条完整的通道，然后细致地刷去沙尘，绘制出白蚁通道。
随着我们牙齿缝之间始终有沙粒的感觉持久存在，我们开始逐渐适应纳米布荒漠生活。早饭结束之后，我们的队伍便行进出发，大约在午餐的时间，一辆四驱汽车的后备箱便成了我们的自助餐桌，大家在一起享用香肠、奶酪和饼干。又经过一至两个小时，我们再次重返“豹岩之地”营地，有一天大家遇到一位年仅十几岁的牧民，他表示当地人将精灵怪圈称为“okarupare”。第二天这位年轻牧民再次来到研究地点，此次他带来了两个朋友，他们非常怀疑白蚁会形成精灵怪圈，认为这是上天恩赐的礼物。
探险小组中唯一一位纳米比亚居民斯奈克带他们观察了一个小型蚁巢，并将辛巴族部落与蚁巢等级制度进行了对比，在一个蚁巢里是工蚁，另一个蚁巢里长着翅膀的蚁后，它们都在等待下一次降雨的到来。当植被恢复生机时，它们会重建自己的精灵怪圈，或者接管另一个废弃的精灵怪圈。
Giribesvlakte地区还有一种关于精灵怪圈的神秘 “俄罗斯套娃现象”，朱尔根斯说：“除了我们探险小组成员之外，没有人知道这种现象，当下午我们来到四个更大的精灵怪圈时，这些巨大的环状结构形成簇状，犹如‘俄罗斯套娃’。我提议休息10分钟，并仔细观察这些环状结构，并和大家打赌，谁能解开怪圈谜团，就能赢一杯酒。”
2017年，第三组研究人员加入了精灵怪圈探讨研究，普林斯顿大学生态学家罗布·普林格尔(Rob Pringle)和科丽娜·塔尼塔(Corina Tarnita)在内的研究人员在《自然》杂志上发表了一种折衷观点：两种观点都是正确的，但是有一方更加正确一些。
早在2010年，普林格尔在肯尼亚一家网站上发现白蚁丘能够非常有秩序地分布在热带草原上，由于这是能够饲养真菌的白蚁建造的蚁丘，包含着比周围土壤更多的营养物质，这里也变成了植物、蜘蛛、昆虫和蜥蜴的生长栖息地点。甚至蚁丘的平均间距能够确保这种生物共生利益有效扩散，普林格尔猜测白蚁群之间的竞争可以解释这种模式，但他没有数学方法测试他的理论。
用餐之后，普林格尔和科丽娜开始进行研究(2011年春季他们开始约会，现已结为夫妻)，他们说：“人们提出的精灵怪圈解释理论并不是没有道理。”在肯尼亚，当他们调查白蚁丘的分布情况时，科丽娜发现自组织机制的证据，这种相关类型进程可以解释纳米布沙漠的精灵怪圈。
最终，科丽娜说服了普林格尔，他们认为精灵怪圈周围的草丛的确是以图灵数学类型自组织机制生长，但仅是小尺度等级。与此同时，白蚁群落之间的相互竞争创建出较大的岛屿结构。在模拟实验中，他们发现白蚁丘的排列布局可以当作长期干旱时期的生命避难所，增强生态系统抵御气候变化的能力。
当媒体开始激烈讨论时，普林格尔和科丽娜出于好奇，也发表了自己的观点，他们强调认为，这种群居昆虫可以形成壮观的精灵怪圈结构。当其他人表示该理论是不可能的时候，普林格尔说：“当然，我们会证明的。”
2017年，普林格尔和科丽娜计算机模拟显示，即使将草丛以自组织机制形成较小的簇状结构，白蚁也可能是形成大型精灵怪圈结构的“罪魁祸首”。该模拟结果与纳米比亚高空航拍精灵怪圈相匹配。
本文来源：网易科学人
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