Tyrimo rezultatus galima rasti žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences. Buvo atliktas didžiausias istorijoje rūšių surašymas, atveriantis mokslininkams naujas perspektyvas.
Dabar tyrinėtojai žino palyginti daug „sudėtingų“ gyvų būtybių, tačiau mikropasaulio gyventojai tebėra menkai suprantami. Naujos DNR sekos nustatymo technologijos leido tiksliau įvertinti bendrą planetoje gyvenančių rūšių skaičių. Pasak mokslininkų, šis skaičius yra neįtikėtinas trilijonas! Kad būtų aišku, tai tik tris kartus mažiau nei visų planetoje augančių medžių (vienas trilijonas prieš tris). Į sąrašą įtrauktos gyvos būtybės gyvena paviršiuje, giliuose vandenyno vandenyse, giliai po žeme ir ore.
Mokslininkai priduria, kad iki šiol buvo aprašyta maždaug 0,001 procento visų gyvų būtybių rūšių. Paprasčiau tariant, mes praktiškai nieko nežinome apie gyvybę Žemėje, tiksliau, apie žemiausias jos formas. Naujos išvados padarytos tiek iš pačių tyrimo autorių surinktų duomenų, tiek iš kitų mokslininkų darbų.
Biologinės rūšys yra pagrindinis gyvų organizmų klasifikavimo Žemėje struktūrinis vienetas. Ji apibūdina asmenų grupę, kuri turi bendrų morfologinių, fiziologinių, biocheminių, elgesio ir kitų savybių. Tos pačios rūšies organizmai gali kryžmintis tarpusavyje ir susilaukti palikuonių, galinčių daugintis; tarp skirtingų rūšių tai neįmanoma. Veikiant evoliuciniams veiksniams ir besikeičiančiai aplinkai, rūšys gali atsiskirti.
Gyvų organizmų rūšių taksonomijos pagrindus XVIII amžiaus viduryje pasiūlė švedų mokslininkas Carlas Linėjus. Nuo to laiko buvo rasta ir ištirta daugiau nei milijonai skirtingų rūšių.
Gyvūnai
Gyvūnai yra organizmų grupė, sudaranti biologinę karalystę. Jie yra eukariotai, tai reiškia, kad jų ląstelės yra sudarytos iš branduolių. Gyvūnai yra heterotrofiški (gamina energiją iš organinių junginių), gali aktyviai judėti. Šnekamojoje kalboje gyvūnai dažnai vadinami sausumos stuburiniais, tačiau moksliniu požiūriu tai daugelio klasių rinkinys: žuvys, vabzdžiai, paukščiai, jūros žvaigždės, kirminai, voragyviai ir kt.
Gyvūnų rūšių skaičius
Nežinomas ne tik tikslus, bet net apytikslis Žemėje gyvenančių gyvų organizmų rūšių skaičius. Vieni biologai kalba apie nedideles gyvų būtybių taksonomijos spragas, kurias galima tik papildyti dar keliais šimtais tūkstančių rūšių, kiti teigia, kad milijonai skirtingų rūšių, gyvenančių žmogui neprieinamiausiose vietose, lieka nežinomi ir neaprašyti. Didžiausias mokslininkų nurodytas skaičius – 8,7 mln.
Iki šiol aprašyta apie 1,7 milijono rūšių, didžiąją jų dalį sudaro gyvūnai: augalai, grybai ir kitos karalystės sudaro apie šimtą tūkstančių rūšių. Taigi ištirta apie 5,5 tūkst. žinduolių, 10,1 tūkst. paukščių, 9,4 tūkst. roplių, 6,8 varliagyvių, 102 tūkst. voragyvių. Didžiausia grupė vis dar yra vabzdžiai – jų yra apie milijoną.
Daroma prielaida, kad tarp dar neištirtų rūšių vabzdžiai sudaro didžiausią dalį – maždaug dešimt milijonų.
Nepaisant biologijos pažangos, vis dar gana sunku ištirti ir rasti naujų rūšių. Nors didelių žinduolių pasipildymo nesitikima, mažesnius gyvūnus tirti sunkiau. Nors mokslininkai kasmet vis dar randa kelias dešimtis naujų žinduolių rūšių. Paukščiai taip pat gana gerai ištirti: juos lengva rasti ir malonu stebėti.
Būna situacijų, kai biologai atranda gyvus seniai mirusiomis laikytų rūšių atstovus. Taigi mokslas dar turi atsakyti į klausimą apie tikslų gyvūnų rūšių skaičių.
Beveik tris šimtus metų taksonomų – zoologų, botanikų, mikrobiologų – darbo rezultatas – daugiau nei milijonas rasta ir aprašyta Žemėje gyvenančių gyvų būtybių rūšių. Naujų rūšių radiniai nesiliauja, kasmet taksonomikai aprašo dešimtis ir šimtus naujų rūšių. Kaip įvertinti, kiek rūšių dar nerasta? Skirtingi skaičiavimo metodai duoda labai skirtingus rezultatus. Vienas iš galimų šios problemos sprendimo būdų – analizuoti taksonominę įvairovę skirtinguose gyvų būtybių hierarchinės klasifikacijos lygiuose.
Kiek rūšių gyvūnų, augalų, grybų ir mikroorganizmų gyvena su mumis Žemėje? Klausimas atrodo paprastas, tačiau tikslaus atsakymo į jį nėra. Kasmet taksonomikai aprašo naujas, iki tol nežinomas ne tik pirmuonių ar vabzdžių, bet ir stuburinių gyvūnų rūšis: varliagyvius, roplius, žuvis, kartais ir žinduolius. Visi ekspertai sutinka, kad dar nežinomų, nerastų ar aprašytų rūšių skaičius viršija žinomų rūšių skaičių. Šiuo metu mokslui žinomas maždaug 1,2 milijono rūšių skaičius yra tik dalis tikrosios planetos gyvybės įvairovės. Problema yra nustatyti, kiek rūšių dar nerasta.
Į šį klausimą dar kartą bandė atsakyti tarptautinė tyrėjų grupė (Mora ir kt., 2011). Kitas – nes kartas nuo karto savo vertinimus apie Žemės rūšinę įvairovę pasiūlo skirtingi ekspertai. Šie įverčiai skiriasi dviem dydžiais – nuo 3 iki 100 milijonų rūšių, priklausomai nuo skaičiavimo metodo: kadangi neįmanoma tiesiogiai suskaičiuoti visų rūšių, kurių dauguma dar nebuvo atrastos, belieka tik surasti kai kurias rūšis. savotiška taisyklė, kuri leis jums pereiti nuo žinomų rūšių rūšių prie bendros.
Ne kartą buvo bandoma atrasti universalius modelius visiems gyviems dalykams arba atskiroms taksonominėms grupėms. Paprasčiausias santykis „rūšių skaičius – plotas“ veikia patenkinamai tik vienarūšiuose biotopuose, tačiau neatsižvelgia į jų mozaikiškumą. Įvertinus naujų rūšių prieaugio greitį pagal aprašymo laiką, galima spręsti apie maksimalų rūšių skaičių mažiems, gana gerai ištirtiems taksonams; menkai tirtose grupėse taksonominių aprašymų skaičius laikui bėgant nemažėja, o grafikas eina į begalybę. Buvo bandoma naudoti priklausomybes, pagrįstas privačiais stebėjimais, pavyzdžiui, vabalų skaičiaus ir medžių skaičiaus santykio atogrąžų miške (5:1), žinomų rūšių skaičiaus ir skaičiaus santykio. naujų, randamų vietinėje vietovėje, ir tt Tačiau privatūs modeliai, kai ekstrapoliacija į kitas organizmų grupes ar kitus regionus sukelia didelių klaidų. Kai kurioms organizmų grupėms taikomos taisyklės ne visada tinka kitoms. Čia atsiranda įverčių dispersija.
Ieškodami universalesnio modelio, aptariamo straipsnio autoriai kreipėsi į taksonų įvairovės santykį jų hierarchijoje. Daroma prielaida, kad didelėse duomenų rinkiniuose taksonų skaičiaus santykis serijoje „prieglauda – klasė – tvarka – šeima – gentis – rūšis“ yra daugiau ar mažiau pastovus. Reikia pasakyti, kad pats požiūris nėra naujas: dar 1976 m. A. N. Golikovas pastebėjo, kad kelioms labai skirtingoms organizmų grupėms (blakstienoms, moliuskams, žinduoliams) pusiau logaritminėse koordinatėse taksono rango ir įvairovės santykis yra. tiesinės, o tiesių linijų nuolydžio kampai yra artimi skirtingoms organizmų grupėms. Richardas Warwickas pasiūlė kiekybinį indeksą, pagrįstą skirtingų kategorijų taksonų skaičiaus santykiu (taksonominio išskirtinumo indeksu) ir naudojo jį galimiems hiperhalininių ežerų vietinės faunos kilmės šaltiniams nustatyti (Clark ir Warwick, 1998, 1999; Warwick ir kt. ., 2002).
Norint įvertinti visą planetos rūšių įvairovę, galima naudoti skirtingų rangų taksonų skaičiaus santykį, jei teisinga prielaida, kad visi arba beveik visi aukštesnio rango taksonai jau suskaičiuoti, o tik rūšių skaičius nežinomas. . Autoriai patikrino šią prielaidą naudodami du duomenų rinkinius – Gyvybės katalogą ir Pasaulio jūrų rūšių registrą. Pirmajame iš jų yra apie 1,24 milijono jūrinių ir sausumos rūšių, antrajame – 194 tūkstančiai tik jūros organizmų, kurių dauguma buvo paminėti pirmajame kataloge.
Kadangi kiekvienam taksonui nuo prieglaudos iki rūšies yra žinoma jo aprašymo data, nesunku sukurti „sukaupto taksonų skaičiaus ir laiko“ santykį ir, naudojant įvairius aproksimavimo metodus, rasti ribą, iki kurios šis skaičius linksta. Kaip matyti iš fig. 2, A–F, gyvūnų karalystėje aukštesnių taksonų (nuo filų iki šeimų) grafikai yra artimi prisotinimui, o juos ekstrapoliavus galima rasti funkcijos ribą - numatomą bendrą duoto taksonų skaičių. rangas. Tai veikia ne tik rūšims – pastarojo pusantro šimtmečio sukaupto rūšių skaičiaus grafikas buvo tiesiškai nukreiptas į begalybę.
Norėdami rasti rūšių skaičiaus ribą, autoriai apskaičiavo ryšį tarp aukštesnio rango taksonų skaičiaus ir rūšių skaičiaus. Skirtingi derinimo modeliai aukštesniems duomenų taksonams duoda šiek tiek skirtingus rezultatus, todėl autoriai paėmė gautų rezultatų vidurkį ir gavo giminių šeimą, kuri gana glaudžiai viena su kita sutapo (1 pav., G). Pirmieji penki taškai diagramoje yra funkcijų ribos, apibūdinančios taksonų skaičiaus padidėjimą laikui bėgant, o šeštas taškas yra numatomas gyvūnų rūšių skaičius planetoje.
Įdomūs duomenys pateikiami papildomoje aptariamo straipsnio medžiagoje. Iš jų išplaukia, kad siūlomas metodas duoda patenkinamus rezultatus eukariotams (geriausi gyvūnų karalystei, blogiausi pirmuoniams), tačiau visiškai netaikomas prokariotams, kuriuose aukštesnių taksonų kaupimosi kreivės yra labai toli nuo prisotinimo.
Autoriai įvertino eukariotų įvairovę planetoje – 8,74 (±1,3) milijono rūšių. Iš jų apie 7,7 mln. yra gyvūnai, 298 000 augalų, 611 000 grybų ir 36 400 pirmuonių (3 pav.). Taigi šiandien iš matymo žinome apie 14% Žemėje gyvenančių rūšių. Vandenyno eukariotų fauna buvo ištirta iki 9%.
Vaikystėje, pažiūrėjęs filmą „Dingęs pasaulis“, ėmiau svajoti, kad mūsų planetoje atsiras kokia nors apleista sala su gyvais dinozaurais. Bet, deja, o gal laimei, taip neatsitiko. Juk mūsų šiuolaikinė flora ir fauna taip skiriasi nuo priešistorinės valstybės biosferoje, kad nežinoma, kokias pasekmes turėtų šis radinys. Kodėl laikui bėgant kinta gyvų organizmų sudėtis ir skaičius?
Gamtinės sąlygos, turinčios įtakos organizmų skaičiui, išnykimui ir atsiradimui
Bet kuri biologinė rūšis gali išnykti veikiant:
- tektoniniai procesai (ugnikalniai, žemės drebėjimai);
- klimato kaita;
- plėšrūnų ar konkurentų skaičiaus padidėjimas.
Pavyzdžiui, viena iš versijų dinozaurų išnykimai yra didžiuliai ugnikalnių išsiveržimai, dėl ko atsirado pelenų debesis, kuris nepraleido saulės spindulių. Kai kurie asmenys mirė tiesiai nuo lavos, o kiti tiesiog sušalo dėl šaltesnio klimato. Be to, dinozaurai turėjo žemą „intelektą“, todėl galbūt „išmanesni“ gyvūnai išgyveno tokiomis atšiauriomis sąlygomis.
Atsiranda naujų rūšių evoliucijos procesas, perduodant naudingiausius bruožus iš kartos į kartą. Pavyzdžiui, kūdikių nešiojimas viduje, o ne kiaušiniuose ir maitinimas pienu skatina geresnį išgyvenimą. Šios savybės prisidėjo prie žinduolių klasės atsiradimo.
Populiacijos dydis skiriasi priklausomai nuo klimatas, maisto tiekimas ir plėšrūnų skaičius. Jis gali padidėti arba mažėti.
Kaip žmogaus veikla veikia gyvų organizmų skaičių
Pats baisiausias plėšrūnas Žemėje yra Homo sapiens. Dėl kaltės brakonieriai daugelis gyvūnų rūšių išnyko ir „dėka“ neapgalvota ūkinė veikla- augalai. Kartais žmogus tikslingai naikina kenkėjus pvz., žiurkėms ir pelėms.
Tačiau būna, kad žmogus skatina augimą organizmų populiacijos. Pavyzdžiui, augindami pasėlius ar veisdami gyvulius, agronomai ir selekcininkai imasi priemonių jų skaičiui didinti.
Didžiausio Pasaulio vandenyno tyrimo projekto „Jūrinės gyvybės surašymo“ – „Jūrų gyvybės surašymo“ – specialistai paskelbė naujausius duomenis apie gyvų organizmų rūšių skaičių Žemėje. Tiksliausi skaičiavimai tai parodė
6,6 milijono rūšių gyvena sausumoje, o dar 2,2 milijono klaidžioja vandenyno gelmėse.
„Klausimas, kiek gyvų organizmų rūšių egzistuoja Žemėje, mokslininkus domino šimtmečius. Į jį atsakėme remdamiesi duomenimis apie rūšių paplitimą ir paplitimą, o tai ypač svarbu dabar, kai žmogaus veikla gerokai padidino rūšių nykimo tempus. Daugelis jų išnyksta nuo Žemės paviršiaus net mums nesužinojus apie jų egzistavimą, vietą maisto grandinėse ir galimą naudą, kurią jie atneša gamtai ir žmonėms“, – sakė Havajų universiteto (JAV) pagrindinis darbo autorius Camilo Mora. ) ir Halifakso universitetas (Kanada).
Ankstesni Žemės „gyventojų“ skaičiavimai buvo daug neaiškesni:
buvo pateikti skaičiai apie 3 milijonus ir 100 milijonų rūšių.
Tačiau intervalo susiaurėjimas nereiškia, kad viskas Žemėje jau žinoma. 86 % sausumos gyventojų ir 91 % jūros gyventojų dar turi būti atrasti, aprašyti ir kataloguoti.
„Šis darbas sumažina bendrą rūšių, kurias reikia žinoti, kad apibūdintume mūsų biosferą, skaičių. Jei nežinome (bent jau pagal dydį) žmonių skaičiaus šalyje, kaip galime kurti ateities planus? Tas pats ir su biologine įvairove. Žmonija įsipareigojo apsaugoti rūšis nuo išnykimo, tačiau iki šiol nežinojome, kiek tokių rūšių yra“, – sako darbo bendraautorius Borisas Warmas.
Tarptautinėje Raudonojoje knygoje šiuo metu yra 59 508 rūšys, iš kurių 19 625 yra priskirtos prie nykstančių rūšių. Tai reiškia, kad išsamiausias rūšių apsaugos dokumentas Žemėje apima tik 1% visos „populiacijos“.
Kaip mokslininkams pavyko suskaičiuoti neatrastas rūšis? Norėdami tai padaryti, jie turėjo surinkti visus taksonomijos – klasifikavimo mokslo – principus. 1758 m. švedų mokslininkas Carlas Linnaeusas sukūrė klasifikavimo sistemą, kuri dabar vadinama jo vardu ir padeda mokslininkams grupuoti rūšis. Šiandien, praėjus 253 metams, aprašyta ir kataloguota apie milijonas sausumos ir 250 tūkstančių jūrų rūšių.
Profesorius Mora ir jo kolegos apskaičiavo bendrą rūšių skaičių, remdamiesi konkrečiai taksonomija.
Jie tyrė taksonų skaitinę struktūrą, kuri sudaro piramidės tipo hierarchinę struktūrą, susiaurėjančią nuo rūšių, genčių ir šeimų iki subkaralysčių ir karalysčių.
Suskirstę 1,2 milijono šiandien žinomų rūšių į hierarchijos lygius, mokslininkai nustatė patikimą skaitinį ryšį tarp labiausiai apgyvendintų taksonominių lygių ir bendro rūšių skaičiaus. Naudodami sukurtą metodą, mokslininkai savarankiškai apskaičiavo rūšių skaičių labiausiai ištirtose grupėse – žinduolių, žuvų ir paukščių. Gauti duomenys patvirtino metodo patikimumą.
Taikydami šį metodą visiems eukariotams (organams, kurių ląstelėse yra suformuotas branduolys), mokslininkai gavo šiuos savo pagrindinių grupių skaičius:
— 7,77 mln. gyvūnų rūšių (953 434 aprašytos ir kataloguotos);
— 298 tūkst. augalų rūšių (215 644 aprašytos ir sukataloguotos);
— 611 tūkst. grybų rūšių (43 271 aprašyta ir kataloguota);
— 36,4 tūkst. vienaląsčių gyvūnų rūšių (aprašyta ir kataloguota 8118).