Позднекайнозойское похолодание изменило биогеографию морского планктона
Изучение изменений в биогеографических паттернах морских организмов и факторов, влияющих на эти паттерны в геологическом времени, помогает понять современные реакции на антропогенное изменение климата. Например, известно, что морские организмы смещаются географически к полюсам Земли. Однако предсказать масштабы этих смещений и их связь с вымираниями сложно.
Планктонные фораминиферы помогли исследователям понять, как позднекайнозойские климатические события изменили глобальные сообщества морского планктона, что может помочь предсказать влияние текущего изменения климата на все океанические организмы.
Планктонные фораминиферы — это одноклеточные морские эукариоты с кальцитовыми (карбонат кальция) раковинами. Их раковины хорошо сохраняются в виде микрофоссилий на морском дне. Физиология и раковины этих организмов чувствительны к изменениям окружающей среды, что делает их остатки полезными климатическими индикаторами прошлых и современных условий в толще океана.
В новом исследовании, опубликованном в Nature, учёные изучили ископаемые фораминиферы и обнаружили глобальное смещение морских широтных зон в сторону экватора на уровне всей клады, вероятно, вызванное формированием биполярных ледниковых щитов. Исследование также показало, что это смещение не было связано со связью функциональных признаков и видового разнообразия, а скорее с комбинацией экологических и морфологических признаков организмов.
«В современной экологии мы считаем видовое разнообразие и функциональные признаки синонимами, — говорит соавтор Аншуман Свайн, постдок Гарвардского университета. — Но, оглядываясь в прошлое, мы обнаружили, что эта корреляция нарушается после двух миллионов лет, поэтому наше предположение, что мы можем использовать это для прогнозирования будущего изменения климата, может быть ошибочным».
Свайн и его коллега Адам Вудхаус из Техасского университета в Остине изучили палеонтологические данные о позднекайнозойских планктонных фораминиферах (последние 8 миллионов лет), чтобы увидеть, как изменилось их относительное распределение в ответ на климатические события. Вместо анализа видового разнообразия исследователи классифицировали данные по экологическим характеристикам экогрупп (место обитания в толще воды) и морфогрупп (морфологические категории раковин).
Планктонные фораминиферы обитают в верхних слоях океана. Это важно, поскольку глобальное распределение многих других организмов коррелирует с фораминиферами из-за их низкого положения в пищевой цепи. Многие морские организмы (хищные рыбы, кальмары, криль, акулы, китообразные) зависят от стабильных пищевых цепей, поэтому реакция фораминифер на изменение климата может быть предиктором для этих и других организмов.
Ещё одно преимущество изучения этих организмов — непревзойдённое качество доступных палеонтологических данных. Исследователи применили методы сетевой науки к глобальному набору данных Triton, содержащему более 500 000 записей о встречаемости видов планктонных фораминифер. Образцы были собраны Международной программой океанского бурения по всему Мировому океану за более чем 50 лет научных исследований.
«Ископаемая летопись планктонных фораминифер представляет собой невероятный биологический архив и демонстрирует лучший видовой уровень по кайнозою, чем даже лучший родовой уровень любой группы макробеспозвоночных», — отметил Вудхаус.
Исследователи изучили семнадцать морфогрупп и шесть экогрупп фораминифер. Большинство исследований фокусируется на том, как виды возникают и меняются. В этой работе учёные задались вопросом, как организмы реагируют на изменение климата и факторы среды экологически.
«Экогруппы и морфогруппы — более стабильные группы на протяжении всей кайнозойской эры, — пояснил Свайн. — Это даёт преимущества перед изучением видов, которые являются нестабильными группами. Это облегчает прогнозирование на основе признаков, а не видов».
Учёные собрали обширный набор данных о признаках и построили биогеографические паттерны распределения экогрупп и морфогрупп в позднем кайнозое (0–15 миллионов лет назад). Результаты показали глобальное широтное смещение в сторону экваториальных регионов внутри сообществ на уровне всей клады как в экологических, так и в морфологических группах, особенно за последние 8 миллионов лет.
«До этого смещения всё было довольно случайным, не было discernible сильного паттерна. Но затем произошло резкое смещение, совпавшее с формированием ледниковых щитов», — сказал Свайн.
Исследование показало динамичную биогеографию планктонных фораминифер за последние 8 миллионов лет, включая крупномасштабные пространственные перестройки паттернов биоразнообразия, которые, по-видимому, связаны с появлением биполярных ледниковых щитов. Расширение полярных ледяных шапок повлияло на широты, где экологические группы чувствовали себя наиболее комфортно, заставив их сместиться из-за ряда факторов, включая доступность кислорода. Удивительно, но эта тенденция не была видна при анализе только видовых данных.
«Мы не знаем точной причины этого, — говорит Свайн, — но можно иметь равное обилие видов без понимания различий между экосистемами. Мы увидели, что эту тенденцию демонстрируют экогруппы. Это означает, что это климатическое событие повлияло на распределение фораминифер и, в свою очередь, на распределение других организмов. Корреляция фораминифер с антропогенно важными группами морских животных может привести нас к прогнозу дальнейших изменений в их ареалах и структуре сообществ, вызванных текущим изменением климата».
«Современная биосфера Земли медленно эволюционировала в течение миллионов лет, адаптируясь к миру ледниковых периодов, — сказал Вудхаус. — Поэтому тенденции, которые мы документируем, потенциально тревожны, потому что если антропогенное изменение климата внезапно вернёт нас к Земле восьмимиллионной давности [до оледенения], мы можем пагубно перестроить морские сообщества всего океана».