Naukowcy określają idealną globalną temperaturę dla życia na Ziemi: ScienceAlert

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jaka jest idealna temperatura do życia na Ziemi? Dla człowieka komfortowa temperatura wynosi 20°C. U nas cieplej Pracuj mniej wydajnie Ponieważ uwolnienie ciepła wymaga energii.

Wiemy, że wiele gatunków może żyć w temperaturach niższych lub wyższych niż ludzie. Ale my mamy Przegląd systematyczny Opublikowane badania wykazały, 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 zgodny z temperaturąosiąga maksimum, a następnie szybko maleje, gdy robi się zbyt gorąco.

Niedawno grupa badawcza z Nowej Zelandii odnotowała liczbę gatunków morskich Nie osiągnął swojego szczytu na równiku, jak się zwykle zakłada. Zamiast tego liczba ta spadła, osiągając szczyt w strefie podzwrotnikowej.

śledzenie studia Okazało się, że spadek ten pogłębił się od ostatniej epoki lodowcowej około 20 000 lat temu. Pogłębił się szybciej z powodu globalnego ocieplenia oceanów.

Gdy porównano liczbę gatunków ze średnią roczną temperaturą, zaobserwowano spadek o ponad 20 stopni Celsjusza. Kolejny zbieg okoliczności?

Procesy biologiczne i różnorodność biologiczna

Badania na Tasmanii Model stóp wzrostu Stwierdzono, że najbardziej stabilna temperatura dla drobnoustrojów i organizmów wielokomórkowych dla ich procesów biologicznych wynosi 20°C.

Zbudowano ten „model korkowy”. Inne badania Najbardziej stabilną temperaturą dla cząsteczek biologicznych była temperatura 20°C. 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, 20°C było już temperaturą kluczową dla wielu mierników różnorodności biologicznej, nie tylko dla gatunków morskich.

Przykłady pokazują, że temperatury wyższe niż około 20°C prowadzą do spadków kilku kluczowych wskaźników:

• Gatunki morskie i słodkowodne tolerują niski poziom tlenu
• Produktywność alg morskich (żyjących w wodach otwartych) i glonów bentosowych (żyjących na dnie morskim) oraz wskaźniki drapieżnictwa ryb będących przynętami
• 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.

Zwiększ bogactwo gatunków

Na całym świecie zakres temperatur, w jakim żyją ryby i bezkręgowce raf koralowych, jest najwęższy wśród gatunków, których rozmieszczenie geograficzne koncentruje się wokół 20°C. Ten sam efekt obserwuje się u drobnoustrojów.

Chociaż wiele gatunków ewoluowało do życia w cieplejszych i niższych temperaturach, większość gatunków przeżywa w temperaturze 20°C. Wymieranie w zapisie kopalnym – włączając w to gąbki, muszle lamp, mięczaki i maty morskie (Mszywioły), rozgwiazdy, jeżowce, robaki i skorupiaki – były niższe w temperaturze 20°C.

W miarę jak gatunki ewoluują, aby żyć w temperaturach powyżej lub poniżej 20 stopni Celsjusza, ich siedlisko termiczne staje się coraz szersze. Oznacza to, że większość z nich może nadal przetrwać w temperaturze 20°C, nawet jeśli żyją w cieplejszych lub zimniejszych miejscach.

Model matematyczny Corkery'ego przewiduje, że rozszerzalność cieplną należy zminimalizować, a procesy biologiczne powinny przebiegać najbardziej stabilnie i efektywnie w temperaturze 20°C. To z kolei powinno zwiększyć bogactwo gatunkowe we wszystkich obszarach życia, od bakterii po rośliny i zwierzęta wielokomórkowe. Model zapewnia zatem teoretyczne wyjaśnienie „efektu 20°C”.

Przewidywanie skutków zmian klimatycznych

Pomysł, że życie toczy się wokół temperatury 20°C, wskazuje na fundamentalne ograniczenia wpływające na zdolność gatunków tropikalnych do przystosowania się do wyższych temperatur.

Dopóki gatunki będą w stanie zmienić swój zasięg, aby przystosować się do globalnego ocieplenia, efekt 20°C oznacza, że ​​nastąpi lokalny wzrost bogactwa gatunków aż do średniej rocznej wynoszącej 20°C. Co więcej, 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 zmienić 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 uderzające jest to, że efektywność temperaturowa na poziomie komórkowym znajduje odzwierciedlenie w innych aspektach różnorodności biologicznej.

Powodem, dla którego temperatura 20°C jest kluczowa i energooszczędna dla procesów komórkowych, mogą być właściwości molekularne wody związanej z komórkami. Te właściwości mogą być również powodem, dla którego ~42°C wydaje się być absolutną granicą dla większości gatunków.

Większa świadomość wpływu temperatury 20°C może prowadzić do nowego spojrzenia na to, jak temperatura kontroluje procesy ekosystemowe, liczebność i rozmieszczenie gatunków oraz ewolucję życia.

Marka Johna CostelloProfesor, Wyższa Szkoła Nauk Biologicznych i Akwakultury, Uniwersytet Nord I Rossa Corkery’egoStarszy Asystent ds. Badań w Biostatystyce, Uniwersytet Tasmanii

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