Динамика ландшафтов определяет эволюцию биоразнообразия на Земле
Движение рек, гор, океанов и перенос осадочных питательных веществ в геологических масштабах времени являются центральными движущими силами биоразнообразия Земли, как показало исследование, опубликованное в Nature.
Исследование также показывает, что биоразнообразие эволюционирует со скоростью, сравнимой со скоростью тектоники плит — медленных геологических процессов, формирующих континенты, горы и океаны.
«Эта скорость несравнимо медленнее, чем текущие темпы вымирания, вызванные деятельностью человека», — сказал ведущий автор доктор Тристан Саллес.
Исследование охватывает 500 миллионов лет истории Земли, начиная с периода после кембрийского взрыва жизни, который установил основные типы видов современной жизни.
«Поверхность Земли — это живая кожа нашей планеты. Со временем эта поверхность эволюционирует: реки расчленяют ландшафт на среду с разнообразными условиями обитания. Однако эти реки не только создают каньоны и долины, но и играют роль кровеносной системы Земли, являясь основными проводниками для переноса питательных веществ и осадков от источников (гор) к стокам (океанам)», — пояснил доктор Саллес.
«Наша модель связывает физические, химические и биологические системы за полмиллиарда лет с шагом в пять миллионов лет и разрешением пять километров. Это дает беспрецедентное понимание того, что определяло форму и время изменения видового разнообразия», — добавил он.
Идея о том, что ландшафты играют роль в траектории жизни на Земле, восходит к немецкому натуралисту Александру фон Гумбольдту. Его работа вдохновила Чарльза Дарвина и Альфреда Уоллеса.
«Наше понимание того, как формировалось разнообразие морской и наземной жизни за последние 540 миллионов лет, все еще развивается», — сказала аспирантка Университета Сиднея Беатрис Хадлер Боггиани.
В новаторском исследовании международная команда ученых предложила единую теорию, связывающую эволюцию жизни в морской и наземной сферах с пульсацией осадочных пород, контролируемой древними ландшафтами.
«Поскольку эволюция поверхности Земли определяется взаимодействием геосферы и атмосферы, она записывает их совокупное взаимодействие и, следовательно, должна обеспечивать контекст для эволюции биоразнообразия», — сказал доктор Лоран Юссон.
Команда разработала высокодетальную модель, объединяющую эти силы. Используя опубликованный в Science открытый научный код, симуляция была откалибрована с использованием современных данных о высотах ландшафта, скорости эрозии, основных речных системах и геологическом переносе осадков (известном как поток наносов).
Это позволило оценить прогнозы за 500 миллионов лет, используя комбинацию геохимических прокси и тестируя различные тектонические и климатические реконструкции. Затем геологи сравнили предсказанные импульсы осадконакопления с эволюцией жизни, полученной из палеонтологических данных.
«Мы реконструировали формы рельефа Земли за фанерозойскую эру и изучили корреляции между эволюцией речных сетей, переносом осадков и известным распределением морских и растительных семейств», — сказала аспирантка Университета Гренобля Манон Лорсери.
Ключевые результаты:
- Сравнение предсказанного потока наносов в океаны с морским биоразнообразием показывает сильную положительную корреляцию.
- На суше модель, интегрирующая осадочный покров и изменчивость ландшафта, также показала поразительную корреляцию с диверсификацией растений за последние 450 миллионов лет.
Доктор Саллес отметил, что их гипотеза удивительно хорошо совпадает с идеей, высказанной Жюлем Верном в романе «Путешествие к центру Земли» (1864) устами профессора Лиденброка: жизнь стала возможна, когда речные наносы сменили раскаленные породы. Неудивительно, что Верн был вдохновлен работами Гумбольдта.