هل تساءلت يومًا عن درجة الحرارة المثالية للحياة على الأرض؟ العلماء يرجحون 20 درجة مئوية

هل تساءلت يومًا عن درجة الحرارة المثالية للحياة على الأرض؟ بالنسبة للبشر، 20 درجة مئوية مريحة، أي أكثر دفئا ونعمل بكفاءة أقل لأن إطلاق الحرارة يحتاج إلى طاقة.

نحن نعلم أن العديد من الأنواع يمكنها العيش في درجات حرارة أكثر برودة أو دفئًا من البشر. لكن مراجعتنا المنهجية للأبحاث المنشورة وجدت أن النطاقات الحرارية للحيوانات والنباتات والميكروبات التي تعيش في الهواء والماء تتداخل عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، هل يمكن أن تكون هذه مصادفة؟

بالنسبة لجميع الأنواع، العلاقة مع درجة الحرارة هي منحنى غير متماثل على شكل جرس، وهذا يعني أن العمليات البيولوجية تزداد بما يتماشى مع درجة الحرارة، وتصل إلى الحد الأقصى، ثم تنخفض بسرعة عندما يصبح الجو حارًا جدًا.

في الآونة الأخيرة، لاحظت مجموعة بحث نيوزيلندية أن عدد الأنواع البحرية لم يصل إلى ذروته عند خط الاستواء ، كما هو مفترض بشكل شائع. وبدلا من ذلك، انخفض العدد، وبلغ ذروته في المناطق شبه الاستوائية.

وأظهرت دراسات المتابعة أن هذا الانخفاض أصبح أعمق منذ العصر الجليدي الأخير قبل حوالي 20 ألف سنة، وقد تعمقت بشكل أسرع بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري للمحيطات.

وعندما تم رسم عدد الأنواع مقابل متوسط ​​درجة الحرارة السنوية، كان هناك انخفاض يزيد عن 20 درجة مئوية، صدفة ثانية؟

العمليات البيولوجية والتنوع البيولوجي

قامت الأبحاث في تسمانيا بنمذجة معدلات نمو الميكروبات والكائنات متعددة الخلايا ووجدت أن درجة الحرارة الأكثر استقرارًا لعملياتها البيولوجية كانت أيضًا 20 درجة مئوية.

“نموذج كوركري” هذا مبني على دراسات أخرى تظهر أن درجة الحرارة 20 درجة مئوية هي درجة الحرارة الأكثر استقرارًا للجزيئات البيولوجية. صدفة ثالثة؟

لقد تعاونا مع زملاء من كندا واسكتلندا وألمانيا وهونج كونج وتايوان للبحث عن أنماط عامة حول كيفية تأثير درجة الحرارة على الحياة. ولدهشتنا، في كل مكان نظرنا إليه، وجدنا أن درجة الحرارة البالغة 20 درجة مئوية تشكل بالفعل درجة حرارة محورية للعديد من مقاييس التنوع البيولوجي، وليس فقط للأنواع البحرية.

تظهر الأمثلة أن درجات الحرارة الأكثر دفئًا من حوالي 20 درجة مئوية تؤدي إلى انخفاضات في العديد من التدابير الحاسمة:

-تحمل الأنواع البحرية وأنواع المياه العذبة لانخفاض الأكسجين

-إنتاجية الطحالب البحرية (التي تعيش في المياه المفتوحة) والطحالب القاعية (التي تعيش في قاع البحر) ومعدلات افتراس الأسماك بالطعم
-ثراء الأنواع العالمية في أسماك السطح والعوالق واللافقاريات القاعية والرخويات الأحفورية
والتنوع الجيني.
-كانت هناك أيضًا حالات انقراض متزايدة في السجل الأحفوري عندما تجاوزت درجات الحرارة 20 درجة مئوية.

زيادة ثراء الأنواع

على الصعيد العالمي، يعد نطاق درجات الحرارة التي تعيش فيها أسماك الشعاب المرجانية واللافقاريات هو الأضيق بين الأنواع التي تركزت توزيعاتها الجغرافية على 20 درجة مئوية. وينظر إلى نفس التأثير في الميكروبات.

في حين أن العديد من الأنواع تطورت لتعيش في درجات حرارة أكثر دفئًا وبرودة، فإن معظم الأنواع تعيش في درجة حرارة 20 درجة مئوية، أيضًا، كانت حالات الانقراض في السجل الحفري – بما في ذلك الإسفنج، وأصداف المصابيح، والرخويات، والحصائر البحرية ( الطحالب )، ونجم البحر وقنفذ البحر، والديدان والقشريات – أقل عند 20 درجة مئوية.

ومع تطور الأنواع لتعيش في درجات حرارة أعلى أو أقل من 20 درجة مئوية، فإن بيئتها الحرارية تصبح أوسع. وهذا يعني أن معظمهم لا يزال بإمكانهم العيش في درجة حرارة 20 درجة مئوية حتى لو كانوا يعيشون في أماكن أكثر حرارة أو برودة.

يتنبأ نموذج كوركري الرياضي بأنه يجب تقليل الاتساع الحراري إلى الحد الأدنى، وأن تكون العمليات البيولوجية أكثر استقرارًا وكفاءة عند 20 درجة مئوية.

وفي المقابل، ينبغي لهذا أن يزيد من ثراء الأنواع في جميع مجالات الحياة، من البكتيريا إلى النباتات والحيوانات متعددة الخلايا، ولذلك يقدم النموذج تفسيرًا نظريًا لـ “تأثير 20 درجة مئوية”.

التنبؤ بآثار تغير المناخ

إن حقيقة أن الحياة تتمحور حول درجة حرارة 20 درجة مئوية تشير إلى قيود أساسية تؤثر على قدرة الأنواع الاستوائية على التكيف مع درجات الحرارة المرتفعة.

وطالما أن الأنواع قادرة على تغيير نطاقاتها للتكيف مع ظاهرة الاحتباس الحراري، فإن تأثير 20 درجة مئوية يعني أنه ستكون هناك زيادات محلية في ثراء الأنواع تصل إلى متوسط ​​سنوي قدره 20 درجة مئوية، وفوق ذلك، سوف يتراجع الثراء.

وهذا يعني أن العديد من الأنواع البحرية التي يمكنها التكيف مع ظاهرة الاحتباس الحراري عن طريق تغيير توزيعها الجغرافي من غير المرجح أن تنقرض بسبب تغير المناخ.

ومع ذلك، قد لا تكون الأنواع الأرضية قادرة على تغيير توزيعاتها الجغرافية بهذه السهولة بسبب المناظر الطبيعية التي تم تعديلها بواسطة المدن والزراعة والبنى التحتية البشرية الأخرى.

إن تأثير 20 درجة مئوية هو أبسط تفسير للظواهر المذكورة أعلاه، بما في ذلك: الاتجاهات في ثراء الأنواع والتنوع الجيني مع درجة الحرارة؛ معدلات الانقراض في السجل الحفري، الإنتاجية البيولوجية؛ معدل النمو الأمثل ومعدلات الافتراس البحري.

على الرغم من تعقيد الأنواع متعددة الخلايا، فمن اللافت للنظر أن كفاءة درجة الحرارة على المستوى الخلوي تنعكس في تلك الجوانب الأخرى من التنوع البيولوجي.

قد يكون سبب كون درجة حرارة 20 درجة مئوية أمرًا محوريًا وموفرًا للطاقة للعمليات الخلوية هو الخصائص الجزيئية للمياه المرتبطة بالخلايا، قد تكون هذه الخصائص أيضًا هي السبب وراء كون ~42 درجة مئوية تبدو حدًا مطلقًا لمعظم الأنواع.

قد يؤدي زيادة الوعي بتأثير 20 درجة مئوية إلى رؤى جديدة حول كيفية التحكم في درجة الحرارة بعمليات النظام البيئي، ووفرة الأنواع وتوزيعها، وتطور الحياة.