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Sie finden sich in der Namib-Wüste im südwestlichen Afrika und im Westen Australiens: Feenkreise, mitunter auch «Märchenkreise» genannt. Es handelt sich um annähernd kreisförmige vegetationslose Kahlstellen inmitten von Grasflächen. Diese sogenannten Graslandlücken sind von einem Ring von kräftiger gewachsenem Gras umgeben. Ähnlich wie beim Phänomen der Kornkreise sind die mysteriösen Vegetationsmuster Gegenstand wissenschaftlicher Spekulationen – doch nun hat ein internationales Forschungsteam das Rätsel gelöst.
Zuvor hatte man die Aktivität von Termiten als mögliche Ursache für das rätselhafte Phänomen erwogen, aber auch chemische Vorgänge im Boden aufgrund von aufsteigenden Erdgasblasen wurden als Erklärung herangezogen. Beide Ansätze konnten aber weder die auffallend runde Form erklären, noch die regelmässige Verteilung der Feenkreise, die sich über teils grosse Flächen erstrecken.
Der Ansatz des Forschungsteams kommt aus einer völlig anderen Disziplin: der Mathematik. Genauer: ein Modell von Alan Turing (1912 – 1954). Der englische Mathematiker war während des Zweiten Weltkriegs massgeblich daran beteiligt, den deutschen Enigma-Code zu knacken. Heute gilt er als einer der einflussreichsten Theoretiker der frühen Computerentwicklung und Informatik. Turing veröffentlichte aber auch Beiträge zur theoretischen Biologie.
Eine seiner Arbeiten, die er 1952 veröffentlichte, befasst sich mit der Musterbildung. Das Modell des Turing-Mechanismus 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. Damit lassen sich komplexe Muster wie etwa die Fellmuster bei Leoparden oder die Färbung von Zebrafischen erklären.
Auch bei früher vorgenommenen Modellierungen der Feenkreise wurde bereits Bezug auf Turings Modell genommen. Nun haben die Forscher aus Deutschland, Australien und Israel um Stephan Getzin von der Universität Göttingen jedoch in einer Feldstudie im westaustralischen Outback mithilfe von Drohnen und Spezialkameras erstmals umfassende und detaillierte Daten erhoben, die diese These bestätigen. Ihre Ergebnisse haben sie im «Journal of Ecology» veröffentlicht.
Die Feenkreise in Australien – es handelt sich um die einzigen ausserhalb Afrikas – waren erst 2014 in der Nähe der Bergarbeiterstadt Newman entdeckt worden. Obwohl die beiden Vorkommen etwa 10'000 Kilometer auseinander liegen, weisen sie ein identisches räumliches Muster auf.
Die in der Studie verwendeten Daten zeigen, dass dem Lückenmuster ökohydrologische Biomasse-Wasser-Rückkopplungen der Gräser zugrunde liegen. 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.
Mit zunehmender Wachstumszeit nach den immer wiederkehrenden Buschfeuern verschmolzen die einzelnen Gräser 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. Die Wissenschaftler fanden sowohl im grossen Massstab der Landschaft als auch in viel kleinerem Massstab der Einzelpflanzen Beweise dafür, dass die Gräser die Wasserressourcen umverteilen, die physische Umwelt verändern und so als «Ökosystemingenieure» ihre Umwelt zum eigenen Vorteil anpassen.
«Das Entscheidende ist, dass die Gräser ihre eigene Umwelt aktiv gestalten, indem sie symmetrisch angeordnete Lückenmuster bilden. 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», sagt Getzin in einer Mitteilung der Hochschule.
Dies steht 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», stellt Getzin fest. Das Auftauchen einer gemusterten Vegetation scheint eine Spielart der Natur zu sein, mit permanentem Wassermangel umzugehen.
(dhr)