Har du någonsin undrat över den optimala temperaturen för liv på jorden? För människor är 20°C bekvämt. Någon varmare och vi arbeta mindre effektivt för att frigöra värme kräver energi.
Vi vet att många arter kan leva vid mycket kallare eller varmare temperaturer än människor. Men vår systematisk bedömning av publicerad forskning fann att de termiska intervallen för djur, växter och mikrober som lever i luft och vatten överlappar varandra vid 20°C. Kan detta vara en slump?
För alla arter är förhållandet till temperaturen en asymmetrisk klockformad kurva. Det betyder biologiska processer öka i takt med temperaturen, nå ett maximum och sjunk sedan snabbt när det blir för varmt.
Nyligen noterade en nyzeeländsk forskargrupp antalet marina arter toppade inte vid ekvatorn, som har antagits allmänt. Snarare sjönk antalet, med toppar i subtropikerna.
Uppföljning studier visade att detta dopp har blivit djupare sedan den senaste istiden för cirka 20,000 XNUMX år sedan. Och det har fördjupats snabbare på grund av den globala uppvärmningen av havet.
När antalet arter plottades mot den genomsnittliga årstemperaturen skedde en minskning över 20°C. En andra slump?
Biologiska processer och biologisk mångfald
Forskning i Tasmanien modellerade tillväxttakten av mikrober och multicellulära organismer och fann att den mest stabila temperaturen för deras biologiska processer också var 20°C.
Denna "Corkrey-modell" byggd på andra studier att visa att 20°C var den mest stabila temperaturen för biologiska molekyler. En tredje slump?
Vi slog oss ihop med kollegor från Kanada, Skottland, Tyskland, Hongkong och Taiwan för att söka efter allmänna mönster i hur temperaturen påverkar livet. Till vår förvåning fann vi vart vi än tittade att 20°C verkligen är en avgörande temperatur för många mått på biologisk mångfald, och inte bara för marina arter.
Exempel visar att temperaturer som är varmare än runt 20°C resulterar i minskningar av olika avgörande åtgärder:
-
marina och sötvattensarters tolerans för låg syrehalt
-
marin pelagisk (levande i öppet vatten) och bentisk (levande på havsbotten) algproduktivitet och predationshastigheter för fisk på bete
-
global artrikedom i pelagiska fiskar, plankton, bentiska ryggradslösa djur och fossila blötdjur
-
och genetisk mångfald.
Det fanns också ökade utrotningar i fossilregistret när temperaturen översteg 20°C.
Ökad artrikedom
Globalt sett är temperaturintervallet som revfiskar och ryggradslösa djur lever vid smalast bland arter vars geografiska utbredning är centrerad på 20°C. Samma effekt ses hos mikrober.
Medan många arter har utvecklats till att leva vid varmare och kallare temperaturer, lever de flesta arter vid 20°C. Även utrotningar i fossilregistret – inklusive svampar, lampskal, blötdjur, havsmattor (bryozoer), sjöstjärnor och sjöborrar, maskar och kräftdjur – var lägre vid 20°C.
När arter utvecklas till att leva vid temperaturer över och under 20°C, blir deras termiska nisch bredare. Det betyder att de flesta fortfarande kan leva vid 20°C även om de bor på varmare eller kallare platser.
Den matematiska Corkrey-modellen förutspår att termisk bredd bör minimeras och biologiska processer mest stabila och effektiva vid 20°C. Detta bör i sin tur maximera artrikedomen över livets alla områden, från bakterier till flercelliga växter och djur. Modellen ger därför en teoretisk förklaring till denna "20°C-effekt".
Förutsäga effekterna av klimatförändringar
Att livet verkar centrerat kring 20°C innebär grundläggande begränsningar som äventyrar tropiska arters förmåga att anpassa sig till högre temperaturer.
Så länge arter kan ändra sitt utbredningsområde för att anpassa sig till den globala uppvärmningen, innebär 20°C-effekten att det kommer att ske lokala ökningar av artrikedomen upp till ett årligt genomsnitt på 20°C. Därutöver kommer rikedomen att minska.
Detta innebär att de många marina arter som kan anpassa sig till den globala uppvärmningen genom att flytta sin geografiska utbredning sannolikt inte kommer att dö ut på grund av klimatförändringarna.
Men landarter kanske inte kan ändra sin geografiska utbredning så lätt på grund av landskap som modifierats av städer, jordbruk och annan mänsklig infrastruktur.
20°C-effekten är den enklaste förklaringen till ovanstående fenomen, inklusive: trender i artrikedom och genetisk mångfald med temperatur; utrotningshastigheter i fossilregistret; biologisk produktivitet; optimal tillväxthastighet; och marina predationshastigheter.
Trots komplexiteten hos multicellulära arter är det anmärkningsvärt att temperatureffektiviteten på cellnivå återspeglas i de andra aspekterna av biologisk mångfald.
Exakt varför 20°C är avgörande och energieffektivt för cellulära processer kan bero på de molekylära egenskaperna hos vatten som är förknippat med celler. Dessa egenskaper kan också vara anledningen till att ~42°C verkar vara en absolut gräns för de flesta arter.
En större medvetenhet om denna 20°C-effekt kan leda till nya insikter om hur temperaturen styr ekosystemprocesser, artöverflöd och utbredning och livets utveckling.
Mark John Costello, professor, fakulteten för biovetenskap och vattenbruk, Nord universitet och Ross Corkrey, Adjungerad seniorforskare i biostatistik, University of Tasmania
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Böcker om miljön från Amazons lista över bästsäljare
"Tyst vår"
av Rachel Carson
Denna klassiska bok är ett landmärke i miljövårdens historia, och uppmärksammar de skadliga effekterna av bekämpningsmedel och deras inverkan på naturen. Carsons arbete bidrog till att inspirera den moderna miljörörelsen och är fortfarande relevant idag, när vi fortsätter att brottas med utmaningarna med miljöhälsa.
Klicka för mer info eller för att beställa
"The Uninhabitable Earth: Life After Warming"
av David Wallace-Wells
I den här boken ger David Wallace-Wells en skarp varning om de förödande effekterna av klimatförändringar och det akuta behovet av att ta itu med denna globala kris. Boken bygger på vetenskaplig forskning och verkliga exempel för att ge en nykter blick på framtiden vi står inför om vi misslyckas med att vidta åtgärder.
Klicka för mer info eller för att beställa
"Trädens dolda liv: vad de känner, hur de kommunicerar? Upptäckter från en hemlig värld"
av Peter Wohlleben
I den här boken utforskar Peter Wohlleben trädens fascinerande värld och deras roll i ekosystemet. Boken bygger på vetenskaplig forskning och Wohllebens egna erfarenheter som skogsbrukare för att ge insikter i de komplexa sätt som träd interagerar med varandra och med naturen.
Klicka för mer info eller för att beställa
"Vårt hus brinner: scener av en familj och en planet i kris"
av Greta Thunberg, Svante Thunberg och Malena Ernman
I den här boken ger klimataktivisten Greta Thunberg och hennes familj en personlig redogörelse för sin resa för att öka medvetenheten om det akuta behovet av att ta itu med klimatförändringarna. Boken ger en kraftfull och gripande redogörelse för de utmaningar vi står inför och behovet av handling.
Klicka för mer info eller för att beställa
"The Sixth Extinction: En onaturlig historia"
av Elizabeth Kolbert
I den här boken utforskar Elizabeth Kolbert den pågående massutrotningen av arter orsakade av mänsklig aktivitet, med utgångspunkt i vetenskaplig forskning och verkliga exempel för att ge en nykter titt på inverkan av mänsklig aktivitet på den naturliga världen. Boken erbjuder en övertygande uppmaning till handling för att skydda mångfalden av livet på jorden.
