Har du noen gang lurt på den optimale temperaturen for liv på jorden? For mennesker er 20°C behagelig. Enhver varmere og vi jobbe mindre effektivt fordi frigjøring av varme krever energi.
Vi vet at mange arter kan leve ved mye kaldere eller varmere temperaturer enn mennesker. Men vår systematisk gjennomgang av publisert forskning fant de termiske områdene til dyr, planter og mikrober som lever i luft og vann overlappende ved 20 °C. Kan dette være en tilfeldighet?
For alle arter er forholdet til temperatur en asymmetrisk klokkeformet kurve. Dette betyr biologiske prosesser øke i takt med temperaturen, nå et maksimum, og avta deretter raskt når det blir for varmt.
Nylig la en forskningsgruppe fra New Zealand merke til antallet marine arter toppet ikke ved ekvator, som har vært vanlig antatt. Snarere sank antallet, med topper i subtropene.
Følge opp studier viste at denne nedgangen har blitt dypere siden siste istid for rundt 20,000 XNUMX år siden. Og det har blitt dypere raskere på grunn av global havoppvarming.
Når antall arter ble plottet mot gjennomsnittlig årstemperatur, var det en nedgang over 20°C. En annen tilfeldighet?
Biologiske prosesser og biologisk mangfold
Forskning i Tasmania modellerte vekstratene av mikrober og multicellulære organismer og fant at den mest stabile temperaturen for deres biologiske prosesser også var 20°C.
Denne "Corkrey-modellen" bygget på andre studier viser at 20°C var den mest stabile temperaturen for biologiske molekyler. En tredje tilfeldighet?
Vi slo oss sammen med kolleger fra Canada, Skottland, Tyskland, Hong Kong og Taiwan for å søke etter generelle mønstre i hvordan temperatur påvirker livet. Til vår overraskelse, hvor enn vi så, fant vi stadig at 20°C er en sentral temperatur for mange mål på biologisk mangfold, og ikke bare for marine arter.
Eksempler viser temperaturer varmere enn rundt 20 °C resulterer i reduksjoner i ulike avgjørende tiltak:
-
marine og ferskvannsarters toleranse for lite oksygen
-
marin pelagisk (levende åpent vann) og bentisk (levende havbunn) algeproduktivitet og predasjonsrater for fisk på agn
-
global artsrikdom i pelagiske fisker, plankton, bunndyr virvelløse dyr og fossile bløtdyr
-
og genetisk mangfold.
Det var også økt utryddelse i fossilrekorden når temperaturene oversteg 20 °C.
Økt artsrikdom
Globalt er spekteret av temperaturer som revfisker og virvelløse dyr lever ved, smalest blant arter med geografiske utbredelser sentrert om 20°C. Den samme effekten sees hos mikrober.
Mens mange arter har utviklet seg til å leve ved varmere og kaldere temperaturer, lever de fleste arter ved 20 °C. Også utryddelser i fossilregisteret - inkludert svamper, lampeskall, bløtdyr, sjømatter (bryozoer), sjøstjerner og kråkeboller, ormer og krepsdyr – var lavere ved 20°C.
Etter hvert som arter utvikler seg til å leve ved temperaturer over og under 20 °C, blir deres termiske nisje bredere. Dette betyr at de fleste fortsatt kan leve ved 20°C selv om de bor på varmere eller kaldere steder.
Den matematiske Corkrey-modellen forutsier at termisk bredde bør minimeres, og biologiske prosesser mest stabile og effektive, ved 20°C. I sin tur skulle dette maksimere artsrikdommen på tvers av alle livets domener, fra bakterier til flercellede planter og dyr. Modellen gir derfor en teoretisk forklaring på denne "20°C-effekten".
Forutsi virkningene av klimaendringer
At livet virker sentrert rundt 20°C innebærer grunnleggende begrensninger som kompromitterer tropiske arters evne til å tilpasse seg høyere temperaturer.
Så lenge arter kan skifte rekkevidde for å tilpasse seg global oppvarming, betyr 20°C-effekten at det vil være lokale økninger i artsrikdom opp til et årlig gjennomsnitt på 20°C. Utover det vil rikdommen avta.
Dette betyr at de mange marine artene som kan tilpasse seg global oppvarming ved å endre sin geografiske fordeling, neppe vil dø ut på grunn av klimaendringer.
Imidlertid kan landarter ikke være i stand til å forskyve sin geografiske fordeling så lett på grunn av landskap modifisert av byer, jordbruk og annen menneskelig infrastruktur.
20°C-effekten er den enkleste forklaringen på fenomenene ovenfor, inkludert: trender i artsrikdom og genetisk mangfold med temperatur; utryddelsesrater i fossilregisteret; biologisk produktivitet; optimal vekstrate; og marine predasjonsrater.
Til tross for kompleksiteten til flercellede arter, er det bemerkelsesverdig at temperatureffektivitetene på cellenivå gjenspeiles i de andre aspektene ved biologisk mangfold.
Nøyaktig hvorfor 20°C er sentralt og energieffektivt for cellulære prosesser, kan skyldes de molekylære egenskapene til vann assosiert med celler. Disse egenskapene kan også være grunnen til at ~42°C virker som en absolutt grense for de fleste arter.
En større bevissthet om denne 20°C-effekten kan føre til ny innsikt i hvordan temperaturen kontrollerer økosystemprosesser, artsoverflod og distribusjon, og livets utvikling.
Mark John Costello, professor, Fakultet for biovitenskap og akvakultur, Nord universitet og Ross Corkrey, Adjunkt seniorforsker i biostatistikk, University of Tasmania
Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.
Bøker om miljøet fra Amazons bestselgerliste
"Stille vår"
av Rachel Carson
Denne klassiske boken er et landemerke i miljøvernets historie, og trekker oppmerksomheten til skadevirkningene av plantevernmidler og deres innvirkning på den naturlige verden. Carsons arbeid bidro til å inspirere den moderne miljøbevegelsen og er fortsatt relevant i dag, mens vi fortsetter å kjempe med utfordringene med miljøhelse.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Den ubeboelige jorden: Livet etter oppvarming"
av David Wallace-Wells
I denne boken gir David Wallace-Wells en sterk advarsel om de ødeleggende effektene av klimaendringer og det presserende behovet for å håndtere denne globale krisen. Boken trekker på vitenskapelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for å gi et nøkternt blikk på fremtiden vi står overfor hvis vi ikke tar grep.
Klikk for mer info eller for å bestille
"The Hidden Life of Trees: Hva de føler, hvordan de kommuniserer? Oppdagelser fra en hemmelig verden"
av Peter Wohlleben
I denne boken utforsker Peter Wohlleben trærnes fascinerende verden og deres rolle i økosystemet. Boken bygger på vitenskapelig forskning og Wohllebens egne erfaringer som skogbruker for å gi innsikt i de komplekse måtene trær samhandler med hverandre og naturen på.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Huset vårt er i brann: Scener av en familie og en planet i krise"
av Greta Thunberg, Svante Thunberg og Malena Ernman
I denne boken gir klimaaktivisten Greta Thunberg og hennes familie en personlig beretning om deres reise for å øke bevisstheten om det presserende behovet for å ta tak i klimaendringer. Boken gir en kraftfull og rørende beretning om utfordringene vi står overfor og behovet for handling.
Klikk for mer info eller for å bestille
"Den sjette utryddelsen: en unaturlig historie"
av Elizabeth Kolbert
I denne boken utforsker Elizabeth Kolbert den pågående masseutryddelsen av arter forårsaket av menneskelig aktivitet, ved å trekke på vitenskapelig forskning og eksempler fra den virkelige verden for å gi et nøkternt blikk på virkningen av menneskelig aktivitet på den naturlige verden. Boken tilbyr en overbevisende oppfordring til handling for å beskytte mangfoldet av liv på jorden.
