Вчені розгадали 200-річну таємницю біорізноманіття

Дослідники використали майже півмільйона скам’янілостей, щоб розгадати 200-річну наукову таємницю: чому кількість різних видів найбільша біля екватора та неухильно зменшується до полярних регіонів. Результати, опубліковані сьогодні (15 лютого 2023 р.) у журналі Nature, дають цінну інформацію про те, як біорізноманіття створюється протягом тривалого часу та як зміна клімату може вплинути на глобальне багатство видів.

Давно відомо, що як у морських, так і в наземних системах види (включаючи тварин, рослини та одноклітинні організми) демонструють «широтний градієнт різноманітності», причому біорізноманіття досягає піку на екваторі. Але досі обмежені дані про викопні рештки заважали дослідникам ретельно дослідити, як уперше виник цей градієнт різноманітності.

У цьому новому дослідженні дослідники з університетів Оксфорда, Лідса та Брістоля використовували групу одноклітинного морського планктону під назвою планктонні форамініфери. Команда проаналізувала 434 113 записів у глобальній базі даних викопних останків за останні 40 мільйонів років. Потім вони досліджували взаємозв’язок між кількістю видів у часі та просторі та потенційними чинниками градієнта широтного різноманіття, такими як температура поверхні моря та рівень солоності океану.

На думку дослідників, ці результати вказують на те, що сучасний розподіл видового багатства планктонних форамініфер можна пояснити крутим широтним градієнтом температури від екватора до полюсів за останні 15 мільйонів років. Можливо, це відкрило більше екологічних ніш у тропічних регіонах у товщі води порівняно з вищими широтами, сприяючи вищим темпам видоутворення.

Щоб перевірити цю гіпотезу, дослідники дослідили, наскільки сучасні види планктонних форамініфер живуть на різних глибинах у вертикальній товщі води. Вони виявили, що в низьких широтах ближче до екватора види сьогодні більш рівномірно розподілені вертикально в товщі води порівняно з високими широтами.

Це свідчить про те, що ключовим фактором сучасного градієнта різноманітності було значне збільшення різниці температур поверхні моря між регіонами низьких і високих широт, а також у товщі води, починаючи з 15 мільйонів років. Тепліші води в тропіках змогли підтримувати ширший діапазон середовищ існування з різними температурами та екологічних ніш у вертикальній товщі води, заохочуючи до еволюції більшої кількості видів.

Це підтверджується тим фактом, що сьогоднішні тропіки багатші, ніж тропіки більш теплих періодів минулого (наприклад, еоцену та міоцену), коли вертикальний градієнт температури в океанах був незначним або відсутній.

Крім того, зниження температури моря у високих широтах, ймовірно, призвело до вимирання багатьох регіональних популяцій видів, сприяючи сучасному градієнту різноманітності.

На графіку показано, як кількість різних планктонних видів форамініфер змінюється залежно від широти в різні моменти історії Землі. Авторство: Fenton та ін. Природа 2023

Планктонні форамініфери походять з раннього до середнього юрського періоду (близько 170 мільйонів років тому). Вони зустрічаються в океанах по всьому світу – від полярних регіонів до екватора – і займають низку екологічних ніш у верхніх двох кілометрах океанів. Оскільки вони утворюють тверду зовнішню оболонку, їх можна зберегти у великій кількості. Глобальна чисельність планктонних форамініфер і їхні виняткові викопні рештки за останні 66 мільйонів років зробили їх ідеальною групою для цього дослідження.

Доктор Ерін Саупе (департамент наук про Землю Оксфордського університету ), провідний автор дослідження, сказала: «Вирішуючи, як просторові моделі біорізноманіття змінювалися протягом тривалого часу, ми надаємо цінну інформацію, яка має вирішальне значення для розуміння того, як генерується та підтримується біорізноманіття. протягом геологічних масштабів часу, що виходить за рамки сучасних екологічних досліджень».

Доцент Трейсі Ейз (Школа Землі та навколишнього середовища, Університет Лідса), співавтор дослідження, додала: «Хоча вони досить малі, щоб поміститися на шпильку, планктонні форамініфери мають один із найповніших видів -рівня скам’янілостей, відомих науці. Наше дослідження базується на 60-річному глибоководному зборі зразків, а також на ретельному підрахунку та записі сотень тисяч зразків вченими-дослідниками. Це фантастично мати можливість отримати такі важливі результати щодо рушійних сил розподілу видів у часі та віддати належне цьому чудовому архіву скам’янілостей».

Співавтор дослідження, доктор Алекс Фарнсворт, старший науковий співробітник Департаменту географічних наук Брістольського університету, сказав: «Розуміння того, чому види в стародавній історії були більш різноманітними та численними ближче до екватора і менше ближче до полюсів, може дати важливу інформацію про те, як морські види, такі як планктон, можуть реагувати в майбутньому. Ці крихітні одноклітинні організми є життєво важливою ланкою в морському харчовому ланцюгу, тому вивчення їхньої реакції на зміну клімату може допомогти нам краще передбачити, як вони, ймовірно, постраждають, коли температура продовжуватиме підвищуватися зі збільшенням кліматичних змін. Це потенційно має значні наслідки для морських харчових мереж, таких як риба та водні ссавці, такі як тюлені та кити, і може бути використано для інформування про майбутні заходи щодо захисту морського життя та збереження біорізноманіття».