Новое исследование раскрывает происхождение современного градиента биоразнообразия

Ученые использовали почти полмиллиона микро-окаменелостей, чтобы решить 200-летнюю научную загадку: почему число различных видов является наибольшим вблизи экватора и неуклонно уменьшается к полярным регионам. Полученные результаты дают ценную информацию о том, как создается биоразнообразие в долгосрочной перспективе и как изменение климата может повлиять на глобальное разнообразие видов.

Давно известно, что как в морских, так и в наземных системах виды (включая животных, растения и одноклеточные организмы ) демонстрируют «широтный градиент разнообразия» с пиком биоразнообразия на экваторе.

Но до сих пор ограниченные данные об окаменелостях не позволяли исследователям тщательно изучить, как впервые возник этот градиент разнообразия.

В новом исследовании ученые использовали группу одноклеточных морского планктона, называемых планктонными фораминиферами. Они проанализировала 434 113 записей в глобальной базе данных окаменелостей, охватывающих последние 40 миллионов лет.

Затем они исследовали взаимосвязь между количеством видов во времени и пространстве и потенциальными факторами широтного градиента разнообразия, такими как температура поверхности моря и уровень солености океана.

Полученные результаты оказались следующими:

• Современный широтный градиент разнообразия впервые начал проявляться около 34 миллионов лет назад, когда Земля начала переходить от более теплого к более прохладному климату.
• Первоначально этот градиент оставался неглубоким примерно до 15–10 миллионов лет назад, когда он значительно увеличился. Это совпадает с усилением глобального похолодания.
• Пик изобилия планктонных фораминифер пришелся на более высокие широты 40–20 миллионов лет назад. Однако примерно 18 миллионов лет назад пиковое богатство сместилось между 10° и 20° градусами, что соответствует модели разнообразия, наблюдаемой сегодня.
• Между видовым богатством и температурой поверхности моря наблюдалась сильная положительная связь — как при моделировании во времени в определенных местах, так и в разных местах в определенное время.
• Также существовала положительная связь между видовым богатством и силой термоклина: температурным градиентом, который существует между более теплой смешанной водой на поверхности океана и более прохладной глубинной водой внизу.

По мнению исследователей, эти результаты указывают на то, что современное распределение видового богатства планктонных фораминифер можно объяснить увеличением широтного температурного градиента от экватора к полюсам за последние 15 миллионов лет. Это могло открыть больше экологических ниш в тропических регионах в толще воды по сравнению с более высокими широтами, способствуя более высокой скорости видообразования.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи изучили, в какой степени современные виды планктонных фораминифер живут на разных глубинах в вертикальной толще воды. Они обнаружили, что в низких широтах ближе к экватору виды сегодня более равномерно распределены по вертикали в толще воды, по сравнению с высокими широтами.

Это говорит о том, что ключевым фактором современного градиента разнообразия было значительное увеличение разницы в температуре поверхности моря между регионами низких и высоких широт, а также в толще воды начиная с 15 миллионов лет.

Более теплые воды в тропиках смогли поддерживать более широкий диапазон сред обитания с различной температурой и экологических ниш в вертикальной толще воды, что способствовало эволюции большего числа видов.

Это подтверждается тем фактом, что тропики сегодня богаче, чем тропики более теплых временных периодов в прошлом (например, эоцена и миоцена), когда в океанах был небольшой или отсутствовал вертикальный температурный градиент.

Кроме того, снижение температуры моря в высоких широтах, вероятно, привело к вымиранию многих региональных популяций видов, что способствовало современному градиенту разнообразия.

Планктонные фораминиферы происходят от ранней до средней юры (около 170 миллионов лет назад). Они встречаются в океанах по всему миру — от полярных регионов до экватора — и занимают ряд экологических ниш в верхних двух километрах океанов. Поскольку они образуют твердую внешнюю оболочку, их можно сохранить в большом количестве.

Глобальное обилие планктонных фораминифер и их исключительная летопись окаменелостей за последние 66 миллионов лет сделали их идеальной группой для этого исследования.