حل معمای ۲۰۰ ساله تنوع زیستی

محققان انگلیسی از نیم میلیون فسیل برای حل یک معمای علمی 200 ساله تنوع زیستی استفاده کردند و موفق به رمزگشایی از آن شدند.

به گزارش تکناک، معما این بود که چرا تعداد گونه های مختلف در نزدیکی خط استوا بیشتر است و این میزان به طور پیوسته به سمت مناطق قطبی کاهش می یابد.

نتایج این تحقیق بینش ارزشمندی را در مورد چگونگی ایجاد تنوع زیستی در بازه های زمانی طولانی و اینکه چگونه تغییرات آب و هوایی می تواند بر فراوانی گونه های زیستی تأثیر بگذارد، ارائه می دهد.

مدت‌هاست که مشخص شده است که در هر دو سیستم دریایی و خشکی، گونه‌ها (از جمله حیوانات، گیاهان و موجودات تک سلولی)، یک “شیب تنوع عرضی” را نشان می‌دهند که این مسئله نشان دهنده این است که تنوع زیستی در خط استوا به اوج خود می‌رسد. اما تاکنون، داده‌های فسیلی محدود، محققان را از بررسی کامل چگونگی پیدایش این تنوع، باز داشته است.

در این مطالعه جدید، محققان دانشگاه های آکسفورد، لیدز و بریستول از گروهی از پلانکتون های دریایی تک سلولی به نام روزن داران پلانکتون استفاده کردند. این تیم 434113 ورودی را در یک پایگاه داده فسیلی جهانی، که 40 میلیون سال گذشته را پوشش می‌دهد، تجزیه و تحلیل کرد. سپس آنها رابطه بین تعداد گونه ها در طول زمان و مکان، و محرک های موثر در این تنوع عرضی، مانند دمای سطح دریا و سطح شوری اقیانوس ها را بررسی کردند.

یافته های کلیدی این مطالعه:

• شیب تنوع عرضی امروزی برای اولین بار حدود 34 میلیون سال پیش شروع به ظهور کرد، زیرا دمای زمین شروع به تغییر از آب و هوای گرم تر به سردتر کرد.
• این شیب در ابتدا کم عمق بود ، اما تا حدود 15 تا 10 میلیون سال پیش به طور قابل توجهی تند شد. این اتفاق همزمان با افزایش قابل توجه سرمایش جهانی است.
• اوج فراوانی روزن داران پلانکتون در عرض های جغرافیایی بالاتر، از 40 تا 20 میلیون سال پیش رخ داده است. با این حال، در حدود 18 میلیون سال پیش، فراوانی این جانداران بین 10 تا 20 درجه عرض جغرافیایی تغییر کرد، که مطابق با الگوی تنوع مشاهده شده امروزی است.
• یک رابطه مثبت قوی بین فراوانی گونه‌ها و دمای سطح دریا وجود دارد و آن این است که هر دو زمانی در طول زمان در مکان‌هایی خاص و یا در مکان‌هایی مختلف در یک زمان خاص، شبیه سازی می‌شوند.
• همچنین رابطه مثبتی بین فراوانی گونه‌ای و قدرت ترموکلاین وجود دارد. قدرت ترموکلاین به معنی طیف دمایی است که بین آب مخلوط گرم‌تر در سطح اقیانوس و آب عمیق‌تر خنک‌تر در زیر وجود دارد.

به گفته محققان، این نتایج نشان می‌دهد که توزیع فراوانی گونه‌ای امروزی برای روزن‌داران پلانکتون را می‌توان با شیب دمای عرضی از استوا به قطب‌ها در طول 15 میلیون سال گذشته توضیح داد.

برای آزمایش این فرضیه، محققان میزان زندگی گونه های امروزی روزن داران پلانکتون را در اعماق مختلف در ستون عمودی آب بررسی کردند. آنها متوجه شدند که در عرض های جغرافیایی پایین نزدیکتر به خط استوا، گونه های امروزی در مقایسه با عرض های جغرافیایی بالاتر، به طور یکنواخت به صورت عمودی در ستون آب توزیع می شوند.

این مسئله نشان می‌دهد که یک محرک اصلی تنوع امروزی، افزایش قابل‌توجهی در تفاوت دمای سطح دریا بین مناطق کم و عرض جغرافیایی بالا، از ۱۵ میلیون سال به بعد بوده است. آب‌های گرم‌تر در مناطق استوایی قادر به پشتیبانی از طیف وسیع‌تری از زیستگاه‌های دمایی مختلف در ستون عمودی آب بودند و تعداد بیشتری از گونه‌ها را تشویق به تکامل کردند.

این امر با این واقعیت تأیید می‌شود که مناطق استوایی امروزی غنی‌تر از مناطق استوایی دوره‌های زمانی گرم‌تر در گذشته (مانند ائوسن و میوسن) یعنی زمانی که شیب دمایی عمودی در اقیانوس‌ها وجود نداشت یا کم بود، هستند.

علاوه بر این، خنک شدن دمای دریا در عرض‌های جغرافیایی بالا، احتمالاً باعث انقراض بسیاری از جمعیت‌های گونه‌ها شده است که این یک مسئله ی تاثیرگذار در تنوع امروزی است.

روزن داران پلانکتون از دوره ژوراسیک اولیه تا میانی (حدود 170 میلیون سال پیش) منشا می گیرند. آنها در اقیانوس های سراسر جهان ، از مناطق قطبی گرفته تا استوا ، یافت می شوند و طیف وسیعی از محیط زیست را در دو کیلومتری بالای اقیانوس ها اشغال می کنند. از آنجا که این جانداران پوسته های بیرونی سختی دارند، می توان آنها را در تعداد زیادی حفظ کرد. فراوانی جهانی روزن داران پلانکتون و سابقه فسیلی استثنایی آنها در 66 میلیون سال گذشته، آنها را به یک گروه ایده آل برای این مطالعه تبدیل کرده است.

دکتر ارین ساوپ (گروه علوم زمین، دانشگاه آکسفورد)، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: با حل و فصل چگونگی تغییر الگوهای تنوع زیستی در طول زمان، در بازه های زمانی زمین شناسی، فراتر از محدوده مطالعات زیست محیطی امروزی، ما می توانیم اطلاعات ارزشمندی برای درک چگونگی تولید و حفظ تنوع زیستی ارائه می‌کنیم.

تریسی آز (مدرسه زمین و محیط زیست، دانشگاه لیدز)، یکی از نویسندگان این مطالعه، افزود: اگرچه روزن داران پلانکتون خیلی کوچک هستند اما یکی از کامل ترین گونه ها هستند. تحقیقات ما بر اساس 60 سال جمع آوری نمونه در اعماق دریا و شمارش و ثبت دقیق صدها هزار نمونه توسط دانشمندان است. این فوق العاده است که بتوانیم چنین نتایج مهمی را در مورد محرک های توزیع گونه ها در طول زمان به دست آوریم.

دکتر الکس فارنسورث، محقق ارشد در گروه علوم جغرافیایی دانشگاه بریستول و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «درک اینکه چرا گونه‌ها در زمان های اولیه و نزدیک به استوا متنوع‌تر و فراوان‌تر بودند، و در نزدیکی قطب تعدادشان کمتر بود ، می‌تواند بینش‌های مهمی به ما درمورد چگونگی و چرایی تنوع گونه ها بدهد. این موجودات تک سلولی کوچک، یک حلقه حیاتی در زنجیره غذایی دریایی هستند، بنابراین مطالعه واکنش‌های آن‌ها به تغییر آب و هوا ممکن است به ما کمک کند تا بهتر پیش‌بینی کنیم که چگونه با افزایش دما با شروع فزاینده تغییرات اقلیمی، این موجودات چگونه تحت تأثیر قرار می‌گیرند. این بررسی ، پیامدهای زیادی برای شبکه‌های غذایی دریایی مانند ماهی‌ها و پستانداران آبزی مانند فوک‌ها و نهنگ‌ها دارد و می‌تواند برای اقدامات آینده درجهت حفاظت از حیات دریا و حفظ تنوع زیستی مورد استفاده قرار گیرد.