CNN报道
(CNN)——被称为“仙女圈”的贫瘠泥土的圆形圆盘看起来像一排排的波尔卡圆点，可以在地面上蔓延数英里。几十年来，这种现象的神秘起源一直吸引着科学家们，它们可能比以前想象的要广泛得多。
以前，人们只在非洲南部纳米布沙漠和西澳大利亚内陆的干旱地区发现过仙女圈。但一项新的研究利用人工智能在三大洲15个国家的数百个新地点识别出类似仙女圈的植被模式。这可以帮助科学家了解仙女圈及其在全球范围内的形成。
在周一发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的这项新调查中，研究人员分析了来自世界各地干旱地区或干旱生态系统的高分辨率卫星图像。寻找类似仙女圈的图案使用了神经网络——一种以类似于大脑的方式处理信息的人工智能。
西班牙阿利坎特大学(University of Alicante)多学科环境研究所(Multidisciplinary Institute for Environmental Studies)的数据科学家、该研究的主要作者埃米利奥·吉拉多(Emilio Guirado)博士在一封电子邮件中说:“在卫星图像上使用基于人工智能的模型，是首次大规模地检测仙女圈模式。”
上百个潜在的仙女圈网站
首先，该研究的作者通过输入在纳米比亚和澳大利亚拍摄的15,000多张卫星图像来训练神经网络识别仙女圈。一半的图片显示了仙女圈，一半没有。然后，科学家们给他们的人工智能提供了一个数据集，其中包含全球近57.5万块土地的卫星视图，每块土地约2.5英亩(1公顷)。神经网络扫描了这些图像中的植被，识别出与已知仙女圈相似的重复圆形图案，评估圆圈的大小和形状，以及它们的位置、图案密度和分布。
圭拉多说，这种分析的结果需要人工审查。他解释说:“根据照片解读和该地区的环境，我们不得不手工丢弃一些不是仙女圈的人工和自然结构。”
结果显示，在纳米比亚和澳大利亚的263个旱地有类似仙女圈的圆形图案。这些干旱地区分布在整个非洲(萨赫勒、西撒哈拉和非洲之角)，也集中在马达加斯加和亚洲中西部，以及澳大利亚中部和西南部。
圆形模式识别
仙女圈并不是唯一能在景观中产生圆形、重复的光斑的自然现象。德国G?ttingen大学生态系统建模系的研究员Stephan Getzin博士说，将仙女圈与其他类型的植被间隙区分开来的一个因素是，圆圈之间的模式非常有序。
Getzin在一封电子邮件中告诉CNN，他和同事们在2021年11月发表了一篇论文，定义了仙女圈及其独特之处，强调了整体模式结构的细节。根据没有参与最新研究的Getzin的说法，新发现的模式还不够。
Getzin说:“仙女圈的定义是，它们原则上具有形成‘空间周期性’模式的能力”，这种模式比其他模式“明显更有序”，而调查中的模式都没有达到这个高标准。
但事实上，并没有一个普遍接受的仙女圈的定义，圭拉多说。他和他的合著者通过参考在多个已发表的研究中建立的指导方针，确定了潜在的仙女圈——测量单个圆圈的大小和形状，以及它们共同形成的模式。他说，在新旧仙女圈中，这些空间模式的度量标准“实际上是一样的”。
在确定的新地点中，有一些通过了菲奥娜·沃尔什(Fiona Walsh)博士的审查，她是一个国际团队的成员，曾在澳大利亚内陆调查过仙女圈。沃尔什是西澳大利亚大学的民族生态学家，他说:“澳大利亚的分布模式似乎与我们之前报道的一些情况一致。”沃尔什没有参与这项新的调查。
仙女圈的神秘起源
该研究的作者还收集了发现圆圈的环境数据，收集可能暗示圆圈形成原因的证据。研究人员确定，仙女圈状的图案最有可能发生在非常干燥的高碱性、低氮的沙质土壤中。科学家们还发现，类似仙女圈的图案有助于稳定生态系统，增加一个地区对洪水或极端干旱等干扰的抵抗力。
但是“是什么形成了仙女圈?”的问题是复杂的，而且造成仙女圈的因素可能因地而异。Getzin之前曾写道，某些气候条件，以及植物的自组织，在纳米比亚产生了仙女圈，白蚁等昆虫利用了干燥的斑块，但它们的活动并没有直接产生这些图案，他在电子邮件中说。
然而，沃尔什说，澳大利亚的仙女圈与白蚁的活动有着千丝万缕的联系。她在一封电子邮件中告诉美国有线电视新闻网，他们的团队与土著居民密切合作进行的研究确定，在西澳大利亚州和北领地，白蚁是仙女圈功能的内在因素，在Manyjilyjarra语言中称为“linyji”，在Warlpiri语言中称为“mingkirri”。
沃尔什说:“至少从20世纪80年代开始，土著人就说明了这些模式，并说他们几代人都知道这些模式，可能早在几千年前。”
“在澳大利亚，白蚁不仅仅是‘发挥作用’，”她补充说。“它们是主要的机制，解释需要集中在白蚁-草-土壤-水动力学上。”
关于仙女圈的许多问题尚未得到解答，这项新研究的作者乐观地认为，他们的全球地图集将为研究这些奇特的不毛之地打开新的篇章。
圭拉多说:“我们希望我们在论文中发表的信息可以为世界各地的科学家提供新的研究领域，解决仙女圈图案形成过程中的新难题。”
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