Ученые наконец-то объяснили происхождение странных лестниц на склонах холмов

Фото из открытых источников

В многих частях мира крутые травянистые склоны испещрены узкими, ровными ступенями, известными как террасы. Они озадачивают наблюдателей уже более века. Каждая ступенька имеет плоскую поверхность и наклонный подступенок, расположенные длинными полосами, повторяющими контур холма.

Издалека эффект выглядит почти искусственно созданным, и именно поэтому его так сложно точно определить. Они встречаются в самых разных местах, от сухих лугов до альпийских полян. Везде, где крутой склон и пастбища, обычно появляются эти ступеньки.

Долгое время главным объяснением считалась гравитация. Согласно этой теории, почва медленно сползает вниз по склону и деформируется, образуя ступени, на протяжении длительных периодов времени. 

Ещё один подозреваемый всегда был на виду. Крупный рогатый скот, овцы и другие копытные животные вытаптывают эти склоны холмов, пасясь на них, поэтому эти тропы часто называют коровьими тропами или овечьими тропами.

Проблема заключалась в несоответствии. Пасущиеся животные бродят беспорядочно, извилистыми путями, в то время как террасы имеют поразительно правильную форму. Многие сомневались, что такое хаотичное движение может привести к таким упорядоченным структурам. Поэтому к животным относились в лучшем случае как к второстепенным участникам процесса.

Новый набор компьютерных симуляций, проведенный группой исследователей из Университета Колорадо в Боулдере (CU Boulder), указывает на другой ответ. Идея зародилась на склоне холма, который не мог забыть один исследователь. Результаты исследования были опубликованы в Journal of The Royal Society Interface.

Бен Селеб, работавший в Технологическом институте Джорджии, увидел скопления таких ступеней во время поездки по швейцарской сельской местности. Он подозревает, что скромная корова заслуживает большего признания.

«В последнее время проводится все больше исследований, посвященных изучению животных, создающих в природе замысловатые узоры, от медовых сот до паутины. Мне кажется логичным, что коровы тоже на это способны», — сказал Селеб. «Поэтому я взял на себя обязанность защищать свободу воли коров».

В модели каждое имитируемое животное на каждом шагу взвешивает две вещи. Она сравнивает усилие, затраченное на движение, с вознаграждением в виде свежей травы.

Подъем по прямой требует больших затрат энергии. Резкий спуск вниз заставляет постоянно тормозить, поэтому самый дешевый маршрут по крутому склону проходит боком, почти по ровной поверхности.

«Представьте, что мне нужно косить траву на склоне холма, толкая газонокосилку», — сказал Селеб. «Я бы предпочел эти горизонтальные дорожки». «Но раз уж я уже проложил одну дорожку, мне не нужно прокладывать её снова. Поэтому я сделаю самый маленький шаг вверх или вниз по склону, чтобы скосить следующую полосу».

Самое интересное начинается, когда появляется тропинка. Каждое прикосновение копыта уплотняет почву и прореживает траву, благодаря чему в следующий раз пройти по этой полосе будет немного легче. Таким образом, животное продолжает выбирать лёгкий путь. Этот путь становится всё легче с каждым проходом.

Для такого рода циклов существует название. Исследователи называют это стигмергией, когда одно действие оставляет след, который направляет следующее. Ни одно животное ничего из этого не планирует. Группы формируются сами по себе, без какой-либо координации между травоядными животными.

В ходе моделирования свежий склон изначально ровный и размывается равномерно. Примерно в середине участка случайные следы размывания сменяются четкими, хорошо протоптанными дорожками. К концу спуска по крутому склону поверхность выстраивается в правильные ступени, которые выглядят как настоящие террасы.

Созданная модель позволила получить протекторы, расположенные на расстоянии примерно 11 футов друг от друга, что близко к результатам полевых измерений. Регулярность роста зависит от баланса. Трава должна отрастать достаточно быстро, чтобы постоянно привлекать животное, но достаточно медленно, чтобы оставались видны её старые следы.

Если слишком сильно сместить баланс в любую сторону, узор распадется. Террасетки появились только в узком среднем диапазоне. Два фактора определяли характер следов: крутизна склона и чувствительность животного к затратам на подъем. На ровной местности следы оставались рыхлыми и запутанными, практически без порядка.

По мере увеличения крутизны склона тропы выпрямлялись и выстраивались в параллельные полосы. На склоне в 40 градусов узор резко менялся, становясь похожим на четкие террасы, которые можно увидеть на настоящих холмах.

Команда разместила свои смоделированные склоны рядом с реальными фотографиями. Смоделированные ступени очень напоминали козьи тропы на Лессовом плато в Китае и коровьи тропы возле Спенсес-Бридж в Британской Колумбии.

Расчеты энергопотребления не одинаковы для всех пасущихся животных. Чем крупнее тело, тем сильнее ударная нагрузка на него при подъеме, поэтому склоны оказывают более сильное влияние на крупных животных, чем на мелких. Было замечено, что козы выбирают более крутые соединительные тропы, чем лошади или коровы. Слоны же, напротив, как правило, вообще избегают самых сложных подъемов.

Модель может учитывать эти различия, регулируя чувствительность каждого животного к затратам. Эта гибкость объясняет, почему террасы различаются от одного ландшафта и стада к другому.

Всё это не исключает влияния гравитации. Ползучесть и оползание грунта всё ещё могут играть роль в формировании террас. Интенсивное вытаптывание может даже ускорить эти медленные геофизические процессы. Модель показывает, что одного лишь выпаса скота достаточно для образования ступеней.

«Это еще один пример того, что животные, даже такая скромная и обычная корова, могут изменять окружающую среду способами, о которых мы даже не подозреваем», — сказал Саад Бхамла из Университета Колорадо в Боулдере.

Тот же самый базовый рецепт встречается далеко за пределами холмистых местностей. Муравьиные тропы, протоптанные по парку тропинки и разветвленные сети живых организмов — все это возникает из множества мелких организмов, следующих местным правилам.

Теперь к семейству узоров, созданных своими руками, относятся и террасные узоры. Пейзаж, который выглядит так, будто его спланировали, может возникнуть из ничего, кроме голодных животных, выбравших легкий путь через холм.

«Иногда обыденное оказывается захватывающим. Нужно просто сохранять непредвзятость и немного времени уделить наблюдению», — сказал Бхамла.