Как коровы образуют ступени на склонах: учёные раскрыли механизм образования террасетов

На крутых травянистых склонах нередко можно заметить необычные ступенчатые узоры — так называемые террасеты: ряды плоских «ступеней» (проступей) и крутых подъёмов (подступенков). Эти формы рельефа десятилетиями будоражили воображение геологов: одни считали их результатом медленного сползания почвы под действием силы тяжести, другие — следствием неутомимой ходьбы и выпаса копытных животных. До недавнего времени не существовало чёткой модели, которая связала бы отдельные шаги животного с формированием масштабных ландшафтных структур.

Учёные Бенджамин Селеб, Луис Гонсалес, Атану Чаттерджи и Саад Бхамла предложили решение этой загадки. В своей работе они построили агентную модель, где копытные животные представлены как «активные пешеходы», которые не просто перемещаются по склону, а одновременно меняют его. Суть подхода — в учёте обратной связи: каждый шаг животного уплотняет почву и снижает количество доступной травы, тем самым меняя «энергетический ландшафт» склона и влияя на то, где животное сделает следующий шаг.

Как работает модель

В симуляции виртуальные «копытные» действуют как стохастические фуражиры: на каждом шаге они оценивают, сколько энергии потратят на движение по склону и сколько получат за счёт поедания свежей травы. Движение моделируется как смещённый случайный ход: животное выбирает направление, исходя из стоимости перемещения — она складывается из базового расхода энергии на ходьбу и дополнительных затрат на подъём или спуск.

Каждый шаг оставляет два следа:

• Уплотнение почвы. В месте постановки копыта грунт немного оседает, формируя локальную впадину.
• Истощение корма. В радиусе «досягаемости головы» животного растительность частично съедается, и на какое‑то время участок становится менее привлекательным для повторного посещения.

Со временем эти микроследы складываются в устойчивые маршруты: животные всё чаще идут по уже уплотнённым и более ровным участкам, параллельным горизонталям склона. Это усиливает эффект: тропы становятся ещё ровнее, а соседние участки — круче. В результате возникают периодические полосы, визуально неотличимые от настоящих террасетов.

Ключевые параметры и закономерности

Исследователи ввели количественную меру «упорядоченности» рельефа — коэффициент когерентности. Он показывает, насколько чётко выражены направления гребней и впадин на склоне. Чем выше коэффициент, тем сильнее структура напоминает классические террасеты.

Анализ показал, что формирование узора зависит от двух главных факторов:

• Крутизна склона. На пологих участках следы остаются хаотичными, а на крутых — быстро выстраиваются в параллельные полосы.
• Чувствительность животного к энергозатратам. Если животное сильно «чувствует» разницу в усилиях между маршрутами (например, избегает лишних подъёмов), тропы формируются быстрее и становятся более регулярными.

Модель также предсказывает характерное расстояние между ступенями. Оно согласуется с геометрической гипотезой, согласно которой ширина проступи определяется радиусом досягаемости животного при выпасе и частичным перекрытием соседних «заходов».

Сравнение с реальностью

Чтобы проверить достоверность модели, учёные сопоставили результаты симуляций с реальными снимками ландшафтов. На фото видны те же закономерности: от беспорядочной сети тропинок на равнине до чётких параллельных полос на крутых склонах. Особенно убедительным оказалось визуальное сходство между смоделированными картами эрозии и фотографиями склонов, где пасутся коровы, козы или овцы.

При этом модель не отрицает роль других процессов. В природе террасеты могут формироваться при совместном действии биологических и геофизических факторов — например, уплотнения почвы копытами и медленного сползания грунта. Однако работа показывает, что одного выпаса и ходьбы копытных достаточно, чтобы на склоне самопроизвольно возникали регулярные ступенчатые структуры.

Почему это важно

Исследование меняет взгляд на роль живых существ в формировании рельефа. Долгое время геоморфологи считали влияние животных второстепенным, отдавая приоритет тектонике и массовым перемещениям грунта. Новая работа демонстрирует, что локальные, кажущиеся незначительными действия могут приводить к масштабным и упорядоченным изменениям ландшафта — за счёт механизмов самоорганизации и обратной связи.

Такой подход открывает новые возможности для изучения биогеоморфологии: от прогнозирования последствий выпаса на уязвимых склонах до понимания общих принципов формирования паттернов в природе — будь то тропы муравьёв, пешеходные дорожки в городе или полосы растительности на холмах.

Таким образом, «ступени», которые мы видим на склонах, могут быть не просто следами животных, а результатом сложного взаимодействия их поведения с рельефом. Модель учёных показывает, как из тысяч мелких решений отдельных особей рождается крупный и красивый природный узор — без какого‑либо централизованного плана, лишь благодаря законам энергии, движения и обратной связи.

Источник: RoyalSocietyPublishing