In einer vielfältigen Gemeinschaft sterben Tiere weniger aus • Alexander Markov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Paläontologie, Biologie, Ökologie

In einer vielfältigen Gemeinschaft sterben Tiere weniger aus.

Paläontologische Daten ermöglichen es, nicht nur die Struktur einzelner ausgestorbener Tiere, sondern auch einige Eigenschaften alter Ökosysteme zu rekonstruieren. Die Abbildung zeigt die Meerestiere des Ordoviziums: Kopffüßer und Seerosen. Auf der linken Seite – "Ausgangsdaten", auf der rechten Seite – Wiederaufbau. Bild von www.westga.edu

Die Analyse zahlreicher paläontologischer Daten zeigte, dass die Gattungen von Meerestieren, die auf Paläokommunitäten mit hoher generischer Diversität beschränkt waren, im Durchschnitt länger existierten und seltener starben als die in einfachen Gemeinschaften lebenden Gattungen. Diese Tatsache bestätigt die Hypothese, dass eine hohe Artenvielfalt die Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft verbessert. Die Debatte um diese Hypothese dauert ein halbes Jahrhundert an, aber bisher sind alle Vor- und Nachteile der Ökologen nur aus der Analyse moderner Ökosysteme erhalten worden..

Die langwierige Diskussion über den Zusammenhang zwischen dem Artenreichtum einer Gemeinschaft und ihrer Nachhaltigkeit (Stabilität) ist für viele Umweltschützer schon ziemlich nervig geworden (vgl. Ökologische Auswirkungen der Biodiversität; K. S. McCann, 2000. Die Diversitäts-Stabilitätsdebatte). Vor 50-40-40 Jahren wurde die Ökologie von der Sichtweise dominiert, dass je mehr Arten in einer Gemeinschaft sind, umso mehr, wenn alle anderen Dinge gleich sind, die Fähigkeit einer solchen Gemeinschaft, verschiedenen negativen Auswirkungen standzuhalten.In einer komplexen Gemeinschaft sollte es theoretisch effektivere Gleichgewichtsmechanismen geben, die auf dem Prinzip der negativen Rückkopplung beruhen.

Zum Beispiel, wenn es viele Arten in einer Gemeinschaft gibt, dann haben sie wahrscheinlich im Durchschnitt schmalere Nischen: jeder Räuber jagt wenige Arten von Beutetieren, jeder Pflanzenfresser ernährt sich von einer begrenzten Anzahl von Pflanzen, usw. Wenn die Anzahl irgendwelcher Arten in in einer solchen Gemeinschaft wird beginnen, zu sinken, wird es wahrscheinlich dazu führen, dass die Bedingungen für das Leben dieser Art wird günstiger: Nahrung wird mehr, spezialisierte Räuber und Parasiten – weniger. Eine Spezies, die zu sterben begonnen hat, wird eine Chance bekommen, sich zu erholen.

Wenn es jedoch in der Gemeinschaft beispielsweise nur eine Raubtierart gibt, die nach vielen Beutetieren jagt, dann wird die Verringerung der Anzahl einer Beute die Anzahl der Raubtiere nicht beeinflussen, und sie können die gefährdete Art sicher "beenden". Allerdings können Sie sich viele andere spekulative Modelle vorstellen, in denen alles anders und vor allem viel komplizierter und mehrdeutig ist (siehe zum Beispiel: Freunde richtig auswählen, können Sie vor Konkurrenten gerettet werden, Elements, 28. April 2009).

Die Langzeitstudie verschiedener moderner Ökosysteme – natürlich und künstlich – hat keine einfache und klare Antwort auf die Frage nach dem Zusammenhang zwischen Vielfalt und Nachhaltigkeit gegeben. Offensichtlich ist dieses Verhältnis wirklich ziemlich zweideutig. In einigen Situationen trägt Diversität zur Nachhaltigkeit bei, in anderen nicht – und es ist schwierig zu sagen, welcher der Trends auf globaler Ebene vorherrscht.

Um dieses Dilemma zu lösen, wäre es sehr nützlich, Daten über vergangene geologische Epochen zu ziehen, aber bisher war dies schwierig, da es keine ausreichend umfassenden globalen Berichte über antike Gemeinschaften gab (genauer gesagt über fossile Komplexe, auf deren Grundlage man die Eigenschaften längst verschwundener Gemeinschaften rekonstruieren kann) ). Jetzt erschienen solche Berichte endlich. Der größte und detaillierteste von ihnen ist die internationale Datenbank der Paläobiologie-Datenbank (PBDB). Bis heute wurden etwa 80.000 paläontologische Sammlungen angefertigt. Mit "Sammlung" in PBDB ist ein Komplex von Mineralien gemeint, der an einer Stelle und in einer geologischen Schicht gefunden wird. In den meisten Fällen handelt es sich bei einer solchen Sammlung um eine mehr oder weniger repräsentative Stichprobe aus der realen Paleo-Gemeinschaft (oder aus mehreren Gemeinschaften, die in einer bestimmten Region für eine bestimmte Zeit existierten,nicht zu groß nach geologischen Standards). Je nach der durchschnittlichen Anzahl der Gattungen in den Sammlungen kann man den Grad der Vielfalt der alten Gemeinschaften schätzen – natürlich sehr ungefähr, mit vielen Änderungen und Vorbehalten und nur, wenn Daten über eine sehr große Anzahl von Sammlungen vorliegen.

Die Stabilität von Paläo-Gemeinschaften ist schwer direkt zu messen, aber Sie können einen Parameter verwenden, der eng damit verwandt ist und ziemlich genau durch den Fossilienbestand bestimmt wird – die Dauer der Existenz von Arten oder Gattungen, die diese Paläo-Gemeinschaften ausmachen. Offensichtlich sterben Geburten, die auf nachhaltige Gemeinschaften beschränkt sind, unter sonst gleichen Bedingungen weniger häufig und leben daher länger im Vergleich zu der Arbeit in instabilen Gemeinschaften.

Diese Überlegungen bildeten die Grundlage der Studie, deren Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht werden. Paläobiologie. Die Arbeit wurde vom Autor dieser Zeilen gemacht. Wir verwendeten Daten aus PBDB für alle Meerestiere des Phanerozoikums (die letzten 542 Millionen Jahre Erdgeschichte). Wie sich herausstellte, besteht eine positive Korrelation zwischen der Dauer L der Existenz der Gattung und dem durchschnittlichen Stammesvermögen der D-Sammlungen, in denen es Vertreter dieser Gattung gibt.Mit anderen Worten, Geburten, die in reichen und vielfältigen Gemeinschaften lebten, existierten länger als Geburten, die auf arme Gemeinschaften beschränkt waren.

Es besteht eine positive Korrelation zwischen der Lebensspanne von Gattungen fossiler Meerestiere (L, Langlebigkeit) und dem durchschnittlichen generischen Reichtum paläontologischer Sammlungen, in denen es Vertreter dieser Gattungen gibt (D, Diversität). Jeder Punkt in der Grafik entspricht einer Gattung. Die logarithmische Skala. Abb. aus dem Artikel in FragePaläobiologie

Es ist jedoch nicht einmal die halbe Miete, in solchen Studien das gewünschte Muster zu finden, sondern nur den Anfang der Arbeit. Der größte Teil des Artikels musste der Betrachtung möglicher alternativer Erklärungen für die gefundene Abhängigkeit gewidmet werden. In der Tat bedeutet eine positive Korrelation nicht unbedingt, dass zwischen den beiden Größen ein kausaler Zusammenhang besteht (dh in diesem Fall trägt eine hohe Diversität zur Nachhaltigkeit bei). Die Korrelation kann durch "fremde" Faktoren verursacht werden, die L und D auf ähnliche Weise beeinflussen.

Es kann beispielsweise angenommen werden, dass in der Nähe des Äquators, wo die Gemeinschaften vielfältiger sind, Geburten seltener sterben als in hohen Breiten – nicht weil sie in verschiedenen Gemeinschaften leben, sondern weil ein warmes Klima die Wahrscheinlichkeit des Aussterbens reduzieren könnte.Um dies zu überprüfen, wurden Sammlungen aus verschiedenen Breitenzonen getrennt analysiert. Es zeigte sich, dass innerhalb der einzelnen Zonen (jeweils 10 ° Paläo-Breiten) noch eine positive Korrelation besteht. Es ist also kein Breitengradient. In ähnlicher Weise wurden andere Hypothesen auf den möglichen Einfluss verschiedener Faktoren getestet, einschließlich des Tiefengradienten (die Tiefen- und Flachwassergemeinschaften wurden getrennt betrachtet) und des Grades der Lithifizierung der Gesteine. In versteinertem, dh versteinertem, fossilem Gestein werden schlechter erhalten als in losem Gestein, und daher kann die Verfestigung gleichzeitig sowohl D als auch L reduzieren, wodurch eine beobachtete positive Korrelation erzeugt wird. Es stellte sich heraus, dass selbst unter Berücksichtigung all dieser Faktoren die positive Korrelation zwischen L und D weiterhin signifikant bleibt.

Unter anderem der Einfluss von "ZeitungefährSteigung gehen. Fakt ist, dass sowohl die durchschnittliche Lebensdauer der Gattungen als auch der durchschnittliche Stammesreichtum der Meeresgemeinschaften während des gesamten Phanerozoikums wuchs. Könnte es sein, dass dieses parallele Wachstum die erkannte Korrelation erklärt? Um dies zu überprüfen, mussten wir die Sammlungen separat betrachten, zeitlich getrennt,einschließlich jener, in denen weder D noch L wuchsen. Die Korrelation hielt auch diesem Test stand.

Wachstum der durchschnittlichen Arbeitszeit (L) während des Phanerozoikums. Entlang der horizontalen Achse – Zeit in einer Million Jahren seit Beginn des Phanerozoikums (von 542 Millionen Jahren bis heute). Vertikale Achse – die durchschnittliche Dauer der Existenz (in Millionen Jahren) aller zu dieser Zeit existierenden Gattungen. Für Gattungen, die bis heute noch nicht ausgestorben sind, wurde die "erwartete" Existenzdauer verwendet, berechnet auf der Basis der bekannten Aussterberate der Meerestiere im Känozoikum (in den letzten 65 Ma). Diese Rate beträgt etwa 0,7% der Geburten in einer Million Jahren. Abb. aus dem Artikel in FragePaläobiologie

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Auswirkung von Diversität auf Nachhaltigkeit weltweit immer noch positiv ist. Das heißt, das Leben in einer vielfältigen Gemeinschaft, bei der andere Dinge gleich sind, verringert die Wahrscheinlichkeit des Aussterbens. Allerdings beeinflusst die Vielfalt der Gemeinschaften die Lebenserwartung der Geburt nicht sehr. Dies ergibt sich aus dem niedrigen Wert des Korrelationskoeffizienten. Die gefundene Korrelation ist schwach, obwohl sie eine sehr hohe statistische Signifikanz aufweist.Aber das war zu erwarten, denn die Vielfalt der Gemeinschaften kann keineswegs der einzige (oder wichtigste) Faktor sein, der bestimmt, wie lange diese oder jene Art in der Welt bestehen wird. Die Lebensdauer einer Gattung hängt von einer Vielzahl von Gründen ab, die Größe D ist nur eine davon. Hier geht es um die Wirkung des Rauchens auf die Lebensspanne eines Menschen: Die Korrelation ist sehr schwach, aber sehr signifikant.

Wachstum des durchschnittlichen D-Wertes während des Phanerozoikums (spiegelt die Dynamik des Stammesreichtums der Meeresgemeinschaften wider). Im Gegensatz zu L wuchs dieser Wert in Schritten: Es gab zwei relativ kurze Perioden schnellen Wachstums D, als es eine globale Umstrukturierung der Meeresgemeinschaften gab, die mit ihrer radikalen Komplikation verbunden war. Die erste Umstrukturierung fand am Ende des Kambriums statt – der Beginn des Ordovizium (50-75 Millionen Jahre seit Beginn des Phanerozoikums), der zweite am Ende des Mesozoikums – der Beginn des Känozoikums (450-500 Millionen Jahre). Dicke Linie berechnet für alle Gattungen dünn – für diejenigen, die nur in lithifizierten (versteinerten) Gesteinen vorkommen. Abb. aus dem Artikel in FragePaläobiologie

Die erhaltenen Ergebnisse stimmen gut mit dem zuvor vorgeschlagenen hyperbolischen Modell des Biodiversitätswachstums überein (siehe: Biodiversität, wie die Population, wächst entlang einer Hyperbel; die Flora und Fauna der Kontinente entwickelt sich nach einem hyperbolischen Gesetz).Die hyperbolische Natur des Biodiversitätswachstums legt nahe, dass dieser Prozess von komplexen positiven Rückmeldungen getrieben wird. Mit anderen Worten, je höher die Vielfalt, desto mehr Voraussetzungen für ein noch schnelleres Wachstum werden geschaffen. Natürlich kann solch ein sich selbst beschleunigendes Wachstum nicht unbegrenzt fortschreiten, früher oder später wird es definitiv langsamer werden – wie es in den 1960er Jahren der Weltbevölkerung passiert ist.

In der Evolution der Biodiversität sind mindestens zwei positive Rückkopplungsmechanismen möglich, die ihr hyperbolisches Wachstum erklären können. Der erste von ihnen wurde in dieser Arbeit getestet und erhielt die Bestätigung: Das Wachstum der Vielfalt der Gemeinschaften führt zu einer Erhöhung ihrer Stabilität, was wiederum zu einer Verringerung der Aussterberate von Gattungen führt. Infolgedessen wächst die Gesamtzahl der Geburten schneller. Der zweite Mechanismus beruht auf der Tatsache, dass neue Arten Nischen für die nächste "Generation" neuer Arten schaffen können (siehe: Kettenreaktionsspeziation, Elemente, 11. Februar 2009). Unter bestimmten Umständen kann daher das Wachstum der Vielfalt in der Gemeinschaft die Wahrscheinlichkeit neuer Arten in dieser Gemeinschaft erhöhen.Die Wirksamkeit dieses Mechanismus kann auch auf der Grundlage von Daten aus PBDB beurteilt werden, die wir derzeit mit unseren Kollegen versuchen.

Quelle: Alexander V. Markow. Die Alpha-Diversität phanerozoischer Meeresgemeinschaften korreliert positiv mit der Langlebigkeit von Gattungen (Volltext – PDF, 725 Kb) // Paläobiologie. 2009. V. 35. P. 231-250.

Alexander Markow


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