Dlaczego na naszej planecie jest więcej gatunków lądowych niż morskich?

Czas czytania: 5 minut

Jednym z podstawowych pytań w biologii jest zrozumienie, w jaki sposób regulowana jest bioróżnorodność naszej planety. W rzeczywistości niektóre pytania pozostają bez odpowiedzi. Dlaczego jest więcej gatunków lądowych niż morskich?Około sześć razy więcej? Ta zagadka jest tym ważniejsza, że ​​bioróżnorodność morska pojawiła się na długo przed powierzchnią naszej planety. Ponieważ życie w oceanach pojawiło się znacznie dłużej, przewaga gatunków lądowych nad morskimi wydaje się sprzeczna z intuicją.

Pozostaje kolejna tajemnica. Dlaczego w niektórych regionach świata jest więcej gatunków niż w innych? Tak jest szczególnie w przypadku kraje tropikalne, w którym liczebność gatunków jest większa niż w rejonach polarnych. Sformułowano dziesiątki hipotez, ale nie osiągnięto konsensusu w międzynarodowej społeczności naukowej. a nowa teoria Sugeruje, że matematyka może odegrać zasadniczą rolę.

Aby poczynić postępy w tych biologicznych kwestiach, społeczność naukowa kontynuuje gromadzenie organizmów (archeony, bakterie, rośliny, grzyby i zwierzęta) w celu inwentaryzacji i badania ich biologii. Naukowcy szacują Do tej pory nazwano i opisano od 9% (gatunki morskie) do 14% (gatunki lądowe).

Ekolodzy badają wielorakie interakcje tych gatunków ze środowiskiem, w tym z klimatem, ale także ze wszystkimi gatunkami żyjącymi wokół nich, co jest warunkiem wstępnym zrozumienia rozkładów przestrzennych (biogeografia), tempa reprodukcji (fenologia) i ich czasowych wahań wynikających z sezonowych wahań zmiany, które nastąpiły zmiany stuleci i tysiącleci, a nawet zmiany zachodzące w geologicznych skalach czasowych (środowisko, paleoekologia i bioklimatologia).

nowa teoria

Teoria zwana METAL (Teoria makro-środowiskowa dotycząca porządku życia) zaproponowano powiązanie biogeografii, fenologii, ekologii, paleoekologii i bioklimatologii gatunków, ale także zrozumienie, w jaki sposób tworzą się społeczności gatunków oraz jak jest organizowana i rozwijana bioróżnorodność. Zmienia się w czasie i przestrzeni.

Zrozumienie przestrzennej i czasowej organizacji bioróżnorodności na dużą skalę wymaga opracowania modeli numerycznych, w których uwzględniona zostanie wiedza biologiczna, środowiskowa i klimatyczna.

W ramach teorii minerałów podstawowe założenia modelu bioróżnorodności są proste. Powstaje duża liczba typów fantomowych. Każdy wyimaginowany gatunek (mówimy o pseudogatunkach) ma unikalne preferencje fizjologiczne, które determinują jego niszę ekologiczną, czyli odpowiedź na ograniczenia klimatyczne i ekologiczne. Możemy początkowo rozważyć prostą niszę, biorąc pod uwagę tylko wymiary (lub zmienne) temperatury i dostępności wody (tutaj opady).

Temperatura jest podstawowym czynnikiem kontrolującym fizjologię wszystkich gatunków żyjących na naszej planecie, a opady są wskaźnikiem dostępności wody, zmiennej nie mniej ważnej niż temperatura gatunków lądowych. Każdy z milionów stworzonych gatunków fantomowych oddziałuje na czynniki klimatyczne i stopniowo kolonizuje środowisko lądowe i morskie (zarówno na powierzchni, jak i na dnie oceanu). Podczas symulacji gatunki stopniowo organizują się w społeczności i odtwarzana jest bioróżnorodność, a dokładniej tutaj odtwarzana jest liczba gatunków na danym obszarze.

Te eksperymenty numeryczne (lub symulacje) bardzo poprawnie odtwarzają przestrzenny rozkład bioróżnorodności obserwowany obecnie dla dużej liczby grup taksonomicznych w środowiskach lądowych i morskich (np.: skorupiaki, ryby, walenie, rośliny, ptaki). Mapy bioróżnorodności dna oceanicznego pozostają niepewne, o ile do tej pory dokonano niewielu obserwacji potwierdzających te ustalenia.

Wielka szachownica życia

Rekonstrukcja rozkładów bioróżnorodności obserwowanych w przyrodzie zachodzi, ponieważ wyspecjalizowana interakcja klimatyczna generuje matematyczne ograniczenie liczby gatunków, które mogą pojawić się na danym obszarze. Nazwaliśmy to ograniczenie wielką szachownicą życia. Chociaż nadal istnieje znaczna część przypadkowości (brak determinizmu przyczynowego) w rodzaju i liczbie gatunków, które mogą pojawić się na danym obszarze, liczba ta nie może przekroczyć teoretycznego progu ustalonego przez interakcję model-specjalista klimatyczny.

Wielka szachownica życia. Każda szachownica składa się z pól podrzędnych reprezentujących liczbę nisz klimatycznych, które określają liczbę gatunków, które mogą ustanowić terytorialną obecność na kwadracie geograficznym. L oznacza możliwą liczbę nisz (lub maksymalną liczbę gatunków), a S oznacza liczbę gatunków zajmujących kwadrat geograficzny. Q reprezentuje nasycenie portów, gdzie Q = (S/L) x100. 100% nasycenie oznacza, że ​​wszystkie porty są zajęte. | Grzegorz Beaugrand

Na przykład niewiele gatunków może określić minimalną i maksymalną temperaturę i opady. Bieguny odpowiadają dolnym ograniczeniom wartości temperatury (dla środowiska lądowego i morskiego) i opadów (dla środowiska lądowego), liczba gatunków mogących wykazać swoje istnienie jest ograniczona głównie dlatego, że dwa gatunki o tej samej postury (c’ tj. posiadanie tych samych adaptacji do radzenia sobie z fluktuacjami środowiskowymi) nie może współistnieć zgodnie z zasadą Gausse wykluczenia konkurencyjnego. Ponieważ górne granice na poziomie równika nie są obserwowane w obecnym klimacie, bioróżnorodność jest najwyższa na poziomie równika w środowisku lądowym i na poziomie subtropikalnym w środowisku morskim. Nie zawsze tak było i w ciepłych okresach bioróżnorodność na równiku może być znacznie niższa. Podobnie bioróżnorodność była czasami znacznie wyższa na poziomie bieguna.

Dlaczego liczba gatunków lądowych jest ważniejsza niż liczba gatunków morskich? Istnieje kilka czynników leżących u podstaw tej różnicy. Pierwsza, podstawowa, dotyczy liczby wymiarów klimatycznych. Woda jest z definicji obecna wszędzie w oceanie, co nie ma miejsca w środowisku lądowym. Dodatkowy wymiar klimatyczny znacznie zwiększa liczbę nisz bioklimatycznych, a tym samym liczbę gatunków, które mogą powstać w środowisku lądowym. Dodanie dodatkowego wymiaru klimatycznego, wraz z bardziej wyraźnymi różnicami geograficznymi w środowiskach lądowych, zwiększa możliwość specjacji, czyli tworzenia gatunków, ponieważ najbardziej prawdopodobna jest izolacja reprodukcyjna.

Współczynnik zróżnicowania pozostaje ważnym parametrem, ponieważ determinuje stopień zajęcia nisz w danej komórce geograficznej, a cechy historii życia każdej grupy sprawiają, że żywa szachownica jest specyficzna dla określonej grupy taksonomicznej, co tłumaczy, dlaczego czasami nie ma globalne wzorce bioróżnorodności w dużych skalach przestrzennych. Szachownica jest przeorganizowana zgodnie z klimatem, dzięki czemu jest dynamiczna od minutowych skal czasowych do bardzo dużych skal (tj. skal geologicznych).

Teoria METAL pokazuje, że komponent deterministyczny, czyli oczywisty i przewidywalny, steruje organizacją systemów biologicznych od poziomu organizacyjnego jednostki do poziomu organizacyjnego społeczeństw. Modele generowane przez teorię minerałów, uwzględniające tę jasność, pozwalają nam lepiej zrozumieć regulację bioróżnorodności na naszej planecie, ale także przewidywać przeszłą, współczesną i przyszłą bioróżnorodność, a tym samym przewidywać reakcję systemów biologicznych na deregulację klimatu. Osoby fizyczne podlegają innym zasadom. Im większy gatunek, tym mniej jego osobników, wzorzec zmienności znany jako reguła Damotha (1981).

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytaćoryginalny artykuł.