Крупнейшее исследование окаменелостей раскрывает происхождение современного градиента биоразнообразия 15 млн лет назад

Исследователи использовали почти полмиллиона окаменелостей, чтобы решить 200-летнюю научную загадку: почему количество различных видов максимально у экватора и равномерно уменьшается к полярным регионам. Результаты, опубликованные в журнале Nature, дают ценное представление о том, как биоразнообразие формируется в долгосрочной перспективе и как изменение климата может влиять на глобальное видовое богатство.

В новом исследовании ученые из Оксфорда, Лидса и Бристоля использовали группу одноклеточного морского планктона — планктонных фораминифер. Команда проанализировала 434 113 записей в глобальной базе данных окаменелостей, охватывающих последние 40 миллионов лет, и изучила связь между количеством видов во времени и пространстве и потенциальными факторами градиента разнообразия, такими как температура поверхности моря и уровень солености океана.

Ключевые выводы:

• Современный широтный градиент разнообразия начал формироваться около 34 миллионов лет назад, когда Земля начала переход от теплого к более прохладному климату.
• Этот градиент оставался слабым примерно до 15–10 миллионов лет назад, когда он резко усилился. Это совпадает со значительным глобальным похолоданием.
• Пик видового богатства фораминифер 40–20 млн лет назад наблюдался на более высоких широтах. Однако к 18 миллионам лет назад пик сместился к широтам от 10° до 20°, что соответствует современной картине.
• Обнаружена сильная положительная связь между видовым богатством и температурой поверхности моря.
• Также выявлена положительная связь между видовым богатством и силой термоклина — градиента температуры между теплой смешанной водой на поверхности океана и более холодной глубокой водой.

Результаты указывают, что современное распределение видового богатства планктонных фораминифер можно объяснить усилением широтного температурного градиента от экватора к полюсам за последние 15 миллионов лет. Это могло создать больше экологических ниш в тропических регионах в пределах водной толщи по сравнению с высокими широтами, способствуя более высоким темпам видообразования.

Проверка гипотезы показала, что в низких широтах у экватора современные виды распределены в водной толще более равномерно по вертикали, чем на высоких широтах. Это говорит о том, что ключевым фактором стало увеличение разницы в температуре поверхности моря между низко- и высокоширотными регионами, а также внутри водной толщи, начиная с 15 млн лет назад. Теплые тропические воды смогли поддерживать более широкий спектр температурных сред обитания и экологических ниш по вертикали, что способствовало эволюции большего числа видов.

Это подтверждается тем, что современные тропики богаче видами, чем тропики более теплых периодов прошлого (например, эоцена и миоцена), когда в океанах практически отсутствовал вертикальный температурный градиент. Кроме того, похолодание в высоких широтах, вероятно, вызвало вымирание многих региональных популяций видов, что также способствовало формированию современного градиента.

Планктонные фораминиферы, чьи твердые раковины хорошо сохраняются, являются идеальной группой для такого исследования благодаря их глобальному распространению и исключительной летописи окаменелостей за последние 66 млн лет.

Цитаты исследователей:

• Д-р Эрин Сауп: «Мы предоставляем ценную информацию, crucial для понимания того, как биоразнообразие генерируется и поддерживается в геологических масштабах времени».
• Проф. Трейси Аз: «Наше исследование опирается на 60 лет сбора глубоководных образцов и кропотливый подсчет сотен тысяч образцов».
• Д-р Алекс Фарнсворт: «Понимание истории дает важные представления о том, как морские виды могут реагировать в будущем... Это может иметь большие последствия для морских пищевых сетей».