Wyniki badania można znaleźć w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences. Przeprowadzono największy w historii spis gatunków, który otworzył przed naukowcami nowe perspektywy.
Obecnie badacze znają stosunkowo wiele „złożonych” żywych istot, ale mieszkańcy mikroświata pozostają słabo poznani. Nowe technologie sekwencjonowania DNA umożliwiły dokładniejsze oszacowanie całkowitej liczby gatunków żyjących na planecie. Według naukowców liczba ta to niesamowity bilion! Żeby było jasne, to tylko trzy razy mniej niż wszystkich drzew rosnących na planecie (jeden bilion w porównaniu z trzema). Żywe stworzenia uwzględnione na liście żyją na powierzchni, w głębokich wodach oceanu, głęboko pod ziemią i w powietrzu.
Naukowcy dodają, że do chwili obecnej opisano około 0,001 procent całkowitej liczby gatunków istot żywych. Mówiąc najprościej, o życiu na Ziemi, a właściwie o jego najniższych formach, nie wiemy praktycznie nic. Nowe wnioski wyciągnięto zarówno z danych zebranych przez samych autorów badania, jak i z prac innych naukowców.
Gatunek biologiczny jest podstawową jednostką strukturalną klasyfikacji organizmów żywych na Ziemi. Opisuje grupę osobników, które mają wspólne cechy morfologiczne, fizjologiczne, biochemiczne, behawioralne i inne. Organizmy tego samego gatunku mogą się krzyżować, dając potomstwo zdolne do prokreacji, co jest niemożliwe w przypadku różnych gatunków. Pod wpływem czynników ewolucyjnych i zmieniającego się środowiska gatunki mogą się rozdzielać.
Podstawy taksonomii gatunkowej organizmów żywych zaproponował szwedzki naukowiec Carl Linnaeus w połowie XVIII wieku. Od tego czasu odkryto i zbadano ponad miliony różnych gatunków.
Zwierząt
Zwierzęta to grupa organizmów tworzących królestwo biologiczne. Są eukariontami, co oznacza, że ich komórki zbudowane są z jąder. Zwierzęta są heterotroficzne (wytwarzają energię ze związków organicznych), zdolne do aktywnego ruchu. W języku potocznym zwierzęta często nazywane są kręgowcami lądowymi, jednak z naukowego punktu widzenia stanowią zbiór wielu klas: ryby, owady, ptaki, rozgwiazdy, robaki, pajęczaki i inne.
Liczba gatunków zwierząt
Nie jest znana nie tylko dokładna, ale nawet przybliżona liczba gatunków organizmów żywych żyjących na Ziemi. Niektórzy biolodzy mówią o niewielkich lukach w taksonomii istot żywych, które można uzupełnić jedynie kilkoma setkami tysięcy kolejnych gatunków, inni twierdzą, że miliony różnych gatunków żyjących w najbardziej niedostępnych dla człowieka miejscach pozostają nieznane i nieopisane. Najwyższa liczba podana przez badaczy to 8,7 miliona.
Do tej pory opisano około 1,7 miliona gatunków, większość z nich stanowią zwierzęta: rośliny, grzyby i inne królestwa stanowią około stu tysięcy gatunków. Tym samym zbadano około 5,5 tys. ssaków, 10,1 tys. ptaków, 9,4 tys. gadów, 6,8 tys. płazów, 102 tys. pajęczaków. Największą grupę stanowią nadal owady – jest ich około miliona.
Zakłada się, że wśród gatunków, które nie zostały jeszcze zbadane, największą część stanowią owady - około dziesięciu milionów.
Pomimo postępu w biologii, nadal dość trudno jest badać i znajdować nowe gatunki. Chociaż nie oczekuje się, że duże ssaki zostaną uzupełnione, badania mniejszych zwierząt są trudniejsze. Choć naukowcy wciąż co roku odkrywają kilkadziesiąt nowych gatunków ssaków. Ptaki są również dość dobrze zbadane: łatwo je znaleźć i przyjemnie je obserwować.
Zdarzają się sytuacje, gdy biolodzy odkrywają żywych przedstawicieli gatunków, które uważano za dawno wymarłe. Zatem nauka nie odpowiedziała jeszcze na pytanie o dokładną liczbę gatunków zwierząt.
Efektem niemal trzystuletniej pracy taksonomistów – zoologów, botaników, mikrobiologów – jest ponad milion odkrytych i opisanych gatunków istot żywych zamieszkujących Ziemię. Odkrycia nowych gatunków nie kończą się; co roku taksonomowie opisują dziesiątki i setki nowych gatunków. Jak oszacować, ile gatunków nie zostało jeszcze odnalezionych? Różne metody obliczeń dają bardzo różne wyniki. Jednym z możliwych sposobów rozwiązania tego problemu jest analiza różnorodności taksonomicznej na różnych poziomach hierarchicznej klasyfikacji organizmów żywych.
Ile gatunków zwierząt, roślin, grzybów i mikroorganizmów żyje z nami na Ziemi? Pytanie wydaje się proste, jednak nie ma na nie dokładnej odpowiedzi. Co roku taksonomowie opisują nowe, nieznane wcześniej gatunki nie tylko pierwotniaków czy owadów, ale także kręgowców: płazów, gadów, ryb, a czasem i ssaków. Wszyscy eksperci są zgodni co do tego, że liczba gatunków jeszcze nieznanych, nieodnalezionych i opisanych przewyższa liczbę gatunków znanych. Przyjęta obecnie liczba około 1,2 miliona gatunków znanych nauce to zaledwie ułamek rzeczywistej różnorodności życia na planecie. Problem polega na ustaleniu, ile gatunków nie zostało jeszcze odnalezionych.
Kolejną próbę odpowiedzi na to pytanie podjęła międzynarodowa grupa badaczy (Mora i in., 2011). Kolejna – bo od czasu do czasu różni eksperci przedstawiają swoje oceny różnorodności gatunkowej Ziemi. Szacunki te różnią się o dwa rzędy wielkości – od 3 do 100 milionów gatunków, w zależności od metody liczenia: ponieważ nie da się bezpośrednio policzyć wszystkich gatunków, z których większość nie została jeszcze odkryta, pozostaje jedynie znaleźć jakiś rodzaj reguły, która pozwoli ci przejść od znanego gatunku liczbowego do generała.
Próby odkrycia uniwersalnych wzorców dla wszystkich istot żywych lub dla poszczególnych grup taksonomicznych podejmowano wielokrotnie. Najprostsza zależność „liczba gatunków – powierzchnia” sprawdza się zadowalająco tylko w biotopach jednorodnych, nie uwzględnia jednak ich mozaikowego charakteru. Oszacowanie tempa przyrostu nowych gatunków na podstawie czasu opisu pozwala ocenić maksymalną liczbę gatunków dla małych, dość dobrze zbadanych taksonów; w słabo zbadanych grupach liczba opisów taksonomicznych nie maleje w czasie, a wykres dąży do nieskończoności. Próbowano wykorzystywać zależności oparte na prywatnych obserwacjach, np. na stosunku liczby chrząszczy do liczby drzew w lesie tropikalnym (5:1), na stosunku liczby znanych gatunków do liczby nowych znalezionych na danym obszarze itp. Jednakże wzorce prywatne, gdy ekstrapolacje na inne grupy organizmów lub inne regiony prowadzą do dużych błędów. Zasady obowiązujące pewne grupy organizmów nie zawsze są odpowiednie dla innych. Stąd właśnie wynika rozproszenie szacunków.
W poszukiwaniu bardziej uniwersalnego wzorca autorzy omawianego artykułu zwrócili się ku zależnościom pomiędzy różnorodnością taksonów w ich hierarchii. Przyjmuje się, że w dużych zbiorach danych stosunek liczby taksonów w szeregu „typ – klasa – rząd – rodzina – rodzaj – gatunek” jest mniej więcej stały. Trzeba powiedzieć, że samo podejście nie jest nowe: już w 1976 roku A. N. Golikov zauważył, że dla kilku bardzo różnych grup organizmów (orzęski, mięczaki, ssaki) we współrzędnych półlogarytmicznych związek między rangą taksonu a różnorodnością jest liniowe, a kąty nachylenia linii prostych są zbliżone dla różnych grup organizmów. Richard Warwick zaproponował wskaźnik ilościowy oparty na stosunku liczby taksonów różnych rang (wskaźnik odrębności taksonomicznej) i wykorzystał go do identyfikacji możliwych źródeł pochodzenia lokalnych fauny jezior hiperhalinowych (Clark i Warwick, 1998, 1999; Warwick i in. ., 2002 ).
Do oceny całkowitej różnorodności gatunkowej planety można zastosować stosunek liczby taksonów różnych rang, jeśli słuszne jest założenie, że wszystkie lub prawie wszystkie taksony wyższych rang zostały już policzone, a nieznana jest tylko liczba gatunków . Autorzy przetestowali to założenie, korzystając z dwóch zbiorów danych – Katalogu Życia i Światowego Rejestru Gatunków Morskich. Pierwsza z nich obejmuje około 1,24 mln gatunków morskich i lądowych, druga – 194 tys. wyłącznie organizmów morskich, z których większość została wymieniona w pierwszym katalogu.
Ponieważ dla każdego taksonu od gromady do gatunku znana jest data jego opisu, łatwo jest skonstruować zależność „skumulowana liczba taksonów – czas” i stosując różne metody przybliżeń znaleźć granicę, do której ta liczba zmierza. Jak widać z rys. 2, A–F, w królestwie zwierząt wykresy dla taksonów wyższych (od gromad do rodzin) są bliskie nasycenia i ekstrapolując je, można znaleźć granicę funkcji - oczekiwaną całkowitą liczbę taksonów w danym ranga. Nie działa to tylko w przypadku gatunków – wykres skumulowanej liczby gatunków za ostatnie półtora wieku został liniowo skierowany do nieskończoności.
Aby znaleźć granicę liczby gatunków, autorzy obliczyli zależność między liczbą taksonów o wyższej randze a liczbą gatunków. Różne modele dopasowania danych dla wyższych taksonów dają nieco inne wyniki, dlatego autorzy wyciągnęli średnią z uzyskanych wyników i uzyskali rodzinę linii, które dość blisko siebie pokrywały (ryc. 1, G). Pierwsze pięć punktów na wykresie to granice funkcji opisujących wzrost liczby taksonów w czasie, a szósty punkt to oczekiwana liczba gatunków zwierząt na planecie.
Interesujące dane znajdują się w materiałach dodatkowych do omawianego artykułu. Wynika z nich, że proponowana metoda daje zadowalające wyniki dla eukariontów (najlepsze dla królestwa zwierząt, najgorsze dla pierwotniaków), natomiast całkowicie nie nadaje się do zastosowania u prokariotów, u których krzywe akumulacji wyższych taksonów są bardzo dalekie od nasycenia.
Autorzy oszacowali różnorodność eukariontów na planecie na 8,74 (±1,3) miliona gatunków. Spośród nich około 7,7 miliona to zwierzęta, 298 000 roślin, 611 000 grzybów i 36 400 pierwotniaków (ryc. 3). Tak więc dzisiaj znamy z widzenia około 14% gatunków żyjących na Ziemi. Faunę eukariontów oceanu zbadano w 9%.
Jako dziecko po obejrzeniu filmu „Zaginiony świat” zacząłem marzyć, że na naszej planecie znajdzie się jakaś opuszczona wyspa z żywymi dinozaurami. Ale niestety, a może na szczęście, tak się nie stało. Przecież nasze współczesna flora i fauna tak bardzo różnią się od stanu prehistorycznego biosfery, że nie wiadomo, jakie konsekwencje będzie miało to znalezisko. Dlaczego skład i liczba organizmów żywych zmienia się w czasie?
Warunki naturalne wpływające na liczebność, zanikanie i pojawianie się organizmów
Każdy gatunek biologiczny może zniknąć pod wpływem:
- procesy tektoniczne (wulkany, trzęsienia ziemi);
- zmiana klimatu;
- wzrost liczby drapieżników lub konkurentów.
Na przykład jedna z wersji wymieranie dinozaurów to masowe erupcje wulkanów, co doprowadziło do pojawienia się chmury popiołu, która nie przepuszczała promieni słonecznych. Niektóre osoby zmarły bezpośrednio od lawy, inne po prostu zamarzły z powodu chłodniejszego klimatu. Ponadto dinozaury miały niską „inteligencję”, więc być może bardziej „doświadczone” zwierzęta przetrwały w tak trudnych warunkach.
Nowe gatunki pojawiają się w proces ewolucji, przekazując z pokolenia na pokolenie najbardziej przydatne cechy. Na przykład noszenie dzieci w domu zamiast w jajach i karmienie ich mlekiem sprzyja lepszemu przeżywaniu. Cechy te przyczyniły się do powstania klasy ssaków.
Wielkość populacji różni się w zależności od klimat, podaż pożywienia i liczba drapieżników. Może się zwiększyć lub zmniejszyć.
Jak działalność człowieka wpływa na liczbę organizmów żywych
Najstraszniejszym drapieżnikiem na Ziemi jest Homo sapiens. Przez winę kłusownicy zniknęło wiele gatunków zwierząt, a „dzięki” nieprzemyślana działalność gospodarcza- rośliny. Czasami osoba celowo niszczy szkodniki np. szczury i myszy.
Ale zdarza się, że osoba sprzyja wzrostowi populacje organizmów. Na przykład podczas uprawy roślin lub hodowli zwierząt agronomowie i hodowcy podejmują działania w celu zwiększenia ich liczebności.
Specjaliści z największego projektu badania Oceanu Światowego, Spisu Życia Morskiego – „Spis Życia Morskiego” – opublikowali najnowsze dane dotyczące liczby gatunków organizmów żywych na Ziemi. Wykazały to najdokładniejsze obliczenia
6,6 miliona gatunków żyje na lądzie, a kolejne 2,2 miliona wędruje po głębinach oceanów.
„Pytanie, ile gatunków organizmów żywych istnieje na Ziemi, interesuje naukowców od wieków. Odpowiedzieliśmy na to pytanie w oparciu o dane dotyczące rozmieszczenia i rozmieszczenia gatunków, co jest szczególnie istotne teraz, gdy działalność człowieka znacząco zwiększyła tempo wymierania gatunków. Wiele z nich znika z powierzchni Ziemi jeszcze zanim dowiemy się o ich istnieniu, miejscu w łańcuchach pokarmowych i potencjalnych korzyściach, jakie przynoszą naturze i ludziom” – powiedział Camilo Mora, główny autor pracy z Uniwersytetu Hawajskiego (USA). ) i Uniwersytet Halifax (Kanada).
Poprzednie szacunki dotyczące „populacji” Ziemi były znacznie bardziej niejasne:
dane podano zarówno dla 3 milionów, jak i 100 milionów gatunków.
Zawężenie przedziału nie oznacza jednak, że na Ziemi wiadomo już wszystko. 86% mieszkańców lądu i 91% mieszkańców mórz nie zostało jeszcze odkrytych, opisanych i skatalogowanych.
„Ta praca zmniejsza całkowitą liczbę gatunków, które należy poznać, aby opisać naszą biosferę. Jeśli nie znamy (przynajmniej pod względem wielkości) liczby ludności w danym kraju, jak możemy planować przyszłość? Podobnie jest z różnorodnością biologiczną. Ludzkość zaangażowała się w ochronę gatunków przed wyginięciem, ale do tej pory nie wiedzieliśmy, ile jest tych gatunków” – mówi współautor pracy Boris Warm.
Międzynarodowa Czerwona Księga obejmuje obecnie 59 508 gatunków, z czego 19 625 sklasyfikowano jako zagrożone. Oznacza to, że najbardziej szczegółowy dokument ochrony gatunków na Ziemi obejmuje zaledwie 1% całej „populacji”.
Jak naukowcom udało się policzyć nieodkryte gatunki? Aby tego dokonać, musieli zebrać wszystkie zasady taksonomii – nauki o klasyfikacji. W 1758 roku szwedzki naukowiec Carl Linnaeus stworzył system klasyfikacji, który obecnie nosi jego imię i pomaga naukowcom grupować gatunki. Dziś, 253 lata później, opisano i skatalogowano około miliona gatunków lądowych i 250 tysięcy gatunków morskich.
Profesor Mora i jego współpracownicy obliczyli całkowitą liczbę gatunków w oparciu o taksonomię.
Badali strukturę numeryczną taksonów, które tworzą strukturę hierarchiczną przypominającą piramidę, zawężającą się od gatunków, rodzajów i rodzin do podkrólestw i królestw.
Posortując 1,2 miliona znanych obecnie gatunków według poziomów hierarchii, naukowcy odkryli wiarygodną zależność liczbową między najbardziej zaludnionymi poziomami taksonomicznym a całkowitą liczbą gatunków. Korzystając z opracowanej metody, naukowcy samodzielnie obliczyli liczbę gatunków w najlepiej zbadanych grupach - ssakach, rybach i ptakach. Uzyskane dane potwierdziły wiarygodność metody.
Stosując to podejście do wszystkich eukariontów (organizmów zawierających w swoich komórkach utworzone jądro), naukowcy uzyskali następujące liczby dla swoich głównych grup:
— 7,77 mln gatunków zwierząt (953 434 opisanych i skatalogowanych);
— 298 tys. gatunków roślin (215 644 opisanych i skatalogowanych);
— 611 tys. gatunków grzybów (43 271 opisanych i skatalogowanych);
— 36,4 tys. gatunków zwierząt jednokomórkowych (opisano i skatalogowano 8118).