Czy zastanawiałeś się kiedyś nad optymalną temperaturą dla życia na Ziemi? Dla człowieka komfortowa temperatura wynosi 20°C. Jakiekolwiek cieplejsze i my pracować mniej efektywnie ponieważ uwolnienie ciepła wymaga energii.
Wiemy, że wiele gatunków może żyć w temperaturach znacznie niższych lub wyższych niż ludzie. Ale nasz przegląd systematyczny z opublikowanych badań wykazało, że zakresy termiczne zwierząt, roślin i drobnoustrojów żyjących w powietrzu i wodzie pokrywają się w temperaturze 20°C. Czy to może być przypadek?
Dla wszystkich gatunków związek z temperaturą jest asymetryczną krzywą w kształcie dzwonu. Mam tu na myśli procesy biologiczne wzrost wraz z temperaturą, osiągnąć maksimum, a następnie szybko spadać, gdy zrobi się zbyt gorąco.
Niedawno grupa badawcza z Nowej Zelandii zauważyła liczbę gatunków morskich nie osiągnął szczytu na równiku, jak się powszechnie uważa. Raczej liczba ta spadła, ze szczytem w strefie podzwrotnikowej.
Uzupełnienie badania naukowe pokazało, że spadek ten pogłębia się od ostatniej epoki lodowcowej około 20,000 XNUMX lat temu. Pogłębia się szybciej z powodu globalnego ocieplenia oceanów.
Gdy porównano liczbę gatunków ze średnią roczną temperaturą, zaobserwowano spadek powyżej 20°C. Drugi zbieg okoliczności?
Procesy biologiczne i różnorodność biologiczna
Badania na Tasmanii modelował stopy wzrostu drobnoustrojów i organizmów wielokomórkowych i stwierdził, że najbardziej stabilna temperatura dla ich procesów biologicznych również wynosi 20°C.
Zbudowano ten „model Corkrey”. inne badania pokazując, że 20°C jest najbardziej stabilną temperaturą dla cząsteczek biologicznych. Trzeci przypadek?
Połączyliśmy siły z kolegami z Kanady, Szkocji, Niemiec, Hongkongu i Tajwanu, aby szukać ogólnych wzorców wpływu temperatury na życie. Ku naszemu zaskoczeniu, gdziekolwiek spojrzeliśmy, stwierdzaliśmy, że rzeczywiście 20°C to temperatura kluczowa dla wielu mierników różnorodności biologicznej, nie tylko dla gatunków morskich.
Przykłady pokazują, że temperatury wyższe niż około 20°C skutkują spadkiem różnych kluczowych wskaźników:
-
tolerancja gatunków morskich i słodkowodnych na niską zawartość tlenu
-
morskie gatunki pelagiczne (żyjące w wodach otwartych) i bentosowe (żyjące w dnie morskim) produktywność glonów i wskaźniki drapieżnictwa ryb na przynętę
-
globalne bogactwo gatunków ryb pelagicznych, planktonu, bezkręgowców bentosowych i mięczaków kopalnych
-
i różnorodność genetyczna.
W zapisie kopalnym zaobserwowano również zwiększone wymieranie, gdy temperatury przekraczały 20°C.
Zwiększone bogactwo gatunkowe
Na całym świecie zakres temperatur, w jakich żyją ryby i bezkręgowce rafowe, jest najwęższy wśród gatunków, których rozkład geograficzny skupia się wokół 20°C. Ten sam efekt obserwuje się u drobnoustrojów.
Chociaż wiele gatunków ewoluowało do życia w cieplejszych i niższych temperaturach, większość gatunków żyje w temperaturze 20°C. Również wymieranie w zapisie kopalnym – w tym gąbek, muszli lamp, mięczaków, maty morskie (mszywioły), rozgwiazdy i jeżowce, robaki i skorupiaki – były niższe w temperaturze 20°C.
W miarę ewolucji gatunków do życia w temperaturach powyżej i poniżej 20°C ich nisza termiczna staje się coraz szersza. Oznacza to, że większość z nich może nadal żyć w temperaturze 20°C, nawet jeśli zamieszkują cieplejsze lub zimniejsze miejsca.
Matematyczny model Corkreya przewiduje, że szerokość termiczna powinna być zminimalizowana, a procesy biologiczne powinny być jak najbardziej stabilne i wydajne w temperaturze 20°C. To z kolei powinno zmaksymalizować bogactwo gatunków we wszystkich dziedzinach życia, od bakterii po wielokomórkowe rośliny i zwierzęta. Model zapewnia zatem teoretyczne wyjaśnienie tego „efektu 20°C”.
Przewidywanie skutków zmian klimatycznych
To, że życie wydaje się skupiać wokół temperatury 20°C, oznacza fundamentalne ograniczenia, które ograniczają zdolność gatunków tropikalnych do przystosowania się do wyższych temperatur.
Dopóki gatunki będą mogły zmieniać swoje zasięgi, aby przystosować się do globalnego ocieplenia, efekt 20°C oznacza lokalny wzrost bogactwa gatunków aż do średniej rocznej wynoszącej 20°C. Powyżej tego bogactwo spadnie.
Oznacza to, że jest mało prawdopodobne, aby wiele gatunków morskich, które potrafią przystosować się do globalnego ocieplenia poprzez zmianę rozmieszczenia geograficznego, wyginęło z powodu zmiany klimatu.
Jednak gatunki lądowe mogą nie być w stanie tak łatwo zmieniać swojego rozmieszczenia geograficznego ze względu na krajobrazy modyfikowane przez miasta, rolnictwo i inną infrastrukturę ludzką.
Efekt 20°C jest najprostszym wyjaśnieniem powyższych zjawisk, obejmujących: trendy w bogactwie gatunkowym i różnorodności genetycznej wraz z temperaturą; wskaźniki wymierania w zapisie kopalnym; produktywność biologiczna; optymalne tempo wzrostu; i wskaźniki drapieżnictwa morskiego.
Pomimo złożoności gatunków wielokomórkowych niezwykłe jest to, że efektywność temperaturowa na poziomie komórkowym znajduje odzwierciedlenie w innych aspektach różnorodności biologicznej.
To, dlaczego temperatura 20°C jest kluczowa i energooszczędna w procesach komórkowych, może wynikać z molekularnych właściwości wody związanej z komórkami. Te właściwości mogą być również przyczyną, dla której ~42°C wydaje się absolutną granicą dla większości gatunków.
Większa świadomość efektu 20°C może prowadzić do nowego spojrzenia na to, jak temperatura kontroluje procesy ekosystemowe, liczebność i rozmieszczenie gatunków oraz ewolucję życia.
Marka Johna Costello, Profesor, Wydział Nauk Biologicznych i Akwakultury, Uniwersytet Nord i Rossa Corkreya, Adiunkt starszy pracownik naukowy w dziedzinie biostatystyki, Uniwersytet Tasmanii
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Książki o środowisku z listy bestsellerów Amazon
"Cicha wiosna"
autorstwa Rachel Carson
Ta klasyczna książka jest kamieniem milowym w historii ekologii, zwracającym uwagę na szkodliwe działanie pestycydów i ich wpływ na świat przyrody. Praca Carsona pomogła zainspirować nowoczesny ruch ekologiczny i pozostaje aktualna dzisiaj, gdy nadal zmagamy się z wyzwaniami zdrowia środowiskowego.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Ziemia niezdatna do zamieszkania: życie po ociepleniu”
David Wallace-Wells
W tej książce David Wallace-Wells ostrzega przed niszczycielskimi skutkami zmian klimatu i pilną potrzebą rozwiązania tego globalnego kryzysu. Książka opiera się na badaniach naukowych i rzeczywistych przykładach, aby zapewnić otrzeźwiające spojrzenie na przyszłość, przed którą staniemy, jeśli nie podejmiemy działań.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Sekretne życie drzew: co czują, jak się komunikują? Odkrycia z sekretnego świata”
przez Petera Wohllebena
W tej książce Peter Wohlleben bada fascynujący świat drzew i ich rolę w ekosystemie. Książka opiera się na badaniach naukowych i własnych doświadczeniach Wohllebena jako leśnika, aby zaoferować wgląd w złożone sposoby, w jakie drzewa wchodzą w interakcje ze sobą i ze światem przyrody.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Nasz dom się pali: sceny z rodziny i planety w kryzysie”
autorstwa Grety Thunberg, Svante Thunberg i Maleny Ernman
W tej książce aktywistka klimatyczna Greta Thunberg i jej rodzina przedstawiają osobistą relację ze swojej podróży mającej na celu podniesienie świadomości na temat pilnej potrzeby zajęcia się zmianami klimatycznymi. Książka stanowi mocny i poruszający opis wyzwań, przed którymi stoimy, oraz potrzeby działania.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Szóste wymieranie: nienaturalna historia”
Elżbieta Kolbert
W tej książce Elizabeth Kolbert bada trwające masowe wymieranie gatunków spowodowane działalnością człowieka, opierając się na badaniach naukowych i przykładach z rzeczywistego świata, aby zapewnić trzeźwe spojrzenie na wpływ działalności człowieka na świat przyrody. Książka zawiera przekonujące wezwanie do działania na rzecz ochrony różnorodności życia na Ziemi.
