معلومة

هل الحياة في المحيط المفتوح منتشرة بشكل متجانس؟

هل الحياة في المحيط المفتوح منتشرة بشكل متجانس؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من الواضح أن الحياة حول الكتل الأرضية أو في المياه الضحلة حيث قد تنمو الشعاب المرجانية ، تكون متنوعة ومتعددة. ولكن ما مدى انتشار الحياة البحرية في المحيط المفتوح (على سبيل المثال ، في منتصف الطريق بين هاواي وكاليفورنيا) حيث لا توجد كتلة أرضية أو أعماق ضحلة لمئات أو آلاف الأميال؟

هل توجد الحياة في مجموعات مع مساحات شاسعة من الصحراء المحيطية بينهما أم أنها منتشرة بشكل متجانس نسبيًا؟


هذا نوع من الإجابة الجزئية ، ولكن هنا خريطة تستخدم كثافة الكلوريفيل لرسم خريطة للتوزيع العالمي للحياة البحرية. كما تتوقع ، يتجمع معظمها حول المناطق الساحلية ، ولكن يمكنك أيضًا رؤية بعض المناطق المتميزة جدًا في المحيطات المفتوحة ، مع وجود المزيد من الإنتاج الأولي على ما يبدو في خطوط العرض الشمالية والجنوبية. لست متأكدًا من مدى تشويه عرض الخريطة هذا للمسافات الظاهرة ، ولكن من المفترض أن يساعدك في إعطائك فكرة.

هنا حيث وجدت هذه الخريطة.

وإليك أحد الروابط التي يشيرون إليها ، والذي يبدو أنه يحتوي على المزيد من الموارد لاستكشافها.


"قفزة كبيرة إلى الأمام" القديمة للحياة في المحيط المفتوح

ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن ظهور الحياة المعقدة متعددة الخلايا قرب نهاية عصر ما قبل الكمبري (الفترة الجيولوجية التي استمرت حتى 541 مليون سنة مضت) قد سهلها زيادة الأكسجين ، كما يتضح في السجل الجيولوجي. ومع ذلك ، فقد ظل لغزًا حول سبب زيادة الأكسجين في هذا الوقت بالذات وما علاقته بـ "Snowball Earth" - التغيرات المناخية الأكثر تطرفًا التي شهدتها الأرض على الإطلاق - والتي كانت تحدث أيضًا في ذلك الوقت.

تظهر هذه الدراسة الجديدة أنه يمكن في الواقع أن يكون ما كان يحدث للنيتروجين في هذا الوقت هو الذي يساعد في حل اللغز.

استخدم الباحثون ، بقيادة الدكتورة باتريشيا سانشيز باراكالدو من جامعة بريستول ، البيانات الجينومية لإعادة بناء العلاقات بين تلك البكتيريا الزرقاء التي وفرت عملية التمثيل الضوئي لها في المحيط المفتوح الأكسجين بكميات كافية لتكون أساسية في تطوير الحياة المعقدة على الأرض.

كانت بعض هذه البكتيريا الزرقاء قادرة أيضًا على تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى نيتروجين متوفر بيولوجيًا بكميات كافية للمساهمة في دورة النيتروجين البحري ، مما يوفر `` الأسمدة النيتروجينية '' للنظام البيئي.

باستخدام التقنيات الجزيئية ، تمكن الفريق من تحديد تاريخ ظهور هذه الأنواع لأول مرة في السجل الجيولوجي منذ حوالي 800 مليون سنة.

قال الدكتور سانشيز-باراكالدو ، زميل أبحاث دوروثي هودجكين في كليات العلوم البيولوجية والجغرافية في بريستول: "لقد عرفنا أن التمثيل الضوئي الأكسجين - العملية التي تقوم بها الميكروبات بإصلاح ثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات ، وتقسيم الماء وإطلاق الأكسجين على شكل المنتج - تطورت لأول مرة في موائل المياه العذبة منذ أكثر من 2.3 مليار سنة. ولكن لم تكن هذه البكتيريا الزرقاء المؤكسجة قادرة على استعمار المحيطات الشاسعة (ثلثي كوكبنا) إلا قبل حوالي 800 مليون سنة ، ويتم تخصيبها بما يكفي من النيتروجين المتاح بيولوجيًا بعد ذلك لإنتاج الأكسجين - والغذاء الكربوهيدرات - بمستويات عالية بما يكفي لتسهيل "القفزة الكبيرة التالية للأمام" نحو الحياة المعقدة.

"تشير دراستنا إلى أنه ربما كان تثبيت هذا" سماد "النيتروجين في المحيطات في هذا الوقت هو الذي لعب دورًا محوريًا في هذه اللحظة الرئيسية في تطور الحياة على الأرض."

قال المؤلف المشارك ، البروفيسور آندي ريدجويل: "إن توقيت انتشار مثبتات النيتروجين في المحيط المفتوح يحدث قبل التجلد العالمي وظهور الحيوانات مباشرة. وعلى الرغم من الحاجة إلى مزيد من العمل ، فقد تكون هذه التغييرات التطورية مرتبطة بما يلي: وربما يكون سببًا لحدوث التجلد الشديد في هذا الوقت حيث كان الكربون مدفونًا الآن في الرواسب على نطاق أوسع بكثير ".

وأضافت الدكتورة سانشيز باراكالدو: "من المثير للغاية أن تكون قادرًا على استخدام أحدث التقنيات الجينية للمساعدة في حل لغز قديم يتعلق بواحدة من أهم اللحظات المحورية في تطور الحياة على الأرض. في السنوات الأخيرة ، تساعد البيانات الجينومية في إعادة سرد قصة أصول الحياة مع زيادة الوضوح والدقة. إنه لشرف كبير أن نساهم في فهمنا لكيفية مساهمة الكائنات الدقيقة في جعل كوكبنا صالحًا للسكن ".


ملخص

لتيارات المحيط العديد من التأثيرات العميقة على الحياة البحرية ، فهي لا تحرك الحيوانات والنباتات حول المحيط فحسب ، بل تعيد أيضًا توزيع الحرارة والمغذيات. في حين أن بعض هذه الآثار كانت معروفة جيدًا لعقود عديدة ، فقد حدثت تطورات كبيرة مؤخرًا في هذا المجال. يتعاون علماء الأحياء بشكل متزايد مع علماء المحيطات الفيزيائيين. في الوقت نفسه ، تحسنت طرق التنبؤ بدقة بتيارات المحيطات وتنوعها على نطاق واسع من المقاييس المكانية والزمانية. ينبثق من هذه المبادرات فهم كيفية تأثير التيارات على اتصال المجموعات البحرية ، وكيف تؤثر على هجرة السباحين الأقوياء ، بما في ذلك الحيتان والسلاحف ، وكيف يمكن للتيارات المتغيرة ، كجزء من تغير المناخ العالمي ، إعادة تشكيل مجتمعات بأكملها.


المجتمعات البحرية

قم بتنزيل وطباعة الرسوم التوضيحية للمجتمع البحري للتعرف على الكائنات الحية التي تعيش في بيئات المحيطات المختلفة.

علم الأحياء وعلوم الأرض وعلوم المحيطات

يمكن استخدام هذه المجموعة من الرسوم التوضيحية للمجتمع البحري كمساعدات بصرية أثناء التدريس الرسمي أو غير الرسمي أثناء التدريس حول العالم البحري. هناك ثلاث نسخ من كل رسم توضيحي:

  • التوضيح غير المسماة
  • رسم توضيحي بعنوان ، بدون علامة
  • معنون ، التوضيح المسمى

تم إنشاء الإصدارات الثلاثة المختلفة من أجل توفير المواد التي تناسب احتياجات أي موقف تعليمي على أفضل وجه.

يمكن تصنيف مناطق مختلفة من المحيط على أنها أنواع مختلفة من النظم البيئية البحرية. ان النظام البيئي يُعرَّف بأنه "مجتمع وتفاعلات الكائنات الحية وغير الحية في منطقة ما". تتمتع النظم البيئية البحرية بكائنات وخصائص مميزة تنتج عن مزيج فريد من العوامل الفيزيائية التي تخلقها. تشمل النظم البيئية البحرية: السهل السحيق (مناطق مثل الشعاب المرجانية في أعماق البحار ، وشلالات الحيتان ، وبرك المياه المالحة) ، والمناطق القطبية مثل القطب الجنوبي والقطب الشمالي ، والشعاب المرجانية ، وأعماق البحار (مثل المجتمع الموجود في عمود المياه السحيقة) ، المخارج الحرارية المائية ، وغابات عشب البحر ، وأشجار المانغروف ، والمحيط المفتوح ، والشواطئ الصخرية ، والمستنقعات المالحة والسهول الطينية ، والشواطئ الرملية.

يربط الغلاف المائي جميع أنظمة المياه العذبة والمياه المالحة. الملوحة ، أو المحتوى العالي من الملح ، والدوران العالمي يجعل النظم الإيكولوجية البحرية مختلفة عن النظم الإيكولوجية المائية الأخرى. العوامل الفيزيائية الأخرى التي تحدد توزيع النظم البيئية البحرية هي الجيولوجيا ودرجة الحرارة والمد والجزر وتوافر الضوء والجغرافيا.

بعض النظم البيئية البحرية منتجة للغاية. تعج المناطق القريبة من الشاطئ ، بما في ذلك مصبات الأنهار والمستنقعات المالحة وغابات المنغروف ، بالحياة. البعض الآخر ، مثل السهل السحيق في قاع المحيط ، يحتوي على جيوب من الحياة تنتشر بعيدًا عن بعضها البعض. بعض النظم البيئية البحرية ، مثل أعماق البحار ، في ظلام دائم حيث لا يمكن أن يحدث التمثيل الضوئي. تمر النظم البيئية الأخرى ، مثل الشواطئ الصخرية ، بتغيرات شديدة في درجة الحرارة ، وتوافر الضوء ، ومستويات الأكسجين ، وعوامل أخرى على أساس يومي. الكائنات الحية التي تعيش في النظم البيئية البحرية المختلفة متنوعة مثل النظم البيئية نفسها. يجب أن تتكيف بشكل كبير مع الظروف المادية للنظام البيئي الذي يعيشون فيه. على سبيل المثال ، تكيفت الكائنات الحية التي تعيش في أعماق البحار مع الظلام من خلال إنشاء مصدر الضوء الخاص بها - فالحور الضوئي عبارة عن خلايا على أجسامها تضيء لجذب الفريسة أو الأزواج المحتملين. لا تزال أجزاء كثيرة من المحيط غير مستكشفة ولا يزال يتعين تعلم الكثير عن النظم البيئية البحرية.


لماذا البيئات البحرية مهمة؟

تعد البيئات البحرية حاسمة لكوكب الأرض بأكمله لعدة أسباب. أولاً ، على الرغم من اختلاف التقديرات ، فمن المتفق عليه على نطاق واسع أن عوامل البناء الضوئي البحرية ، وأبرزها العوالق النباتية الصغيرة ، تخلق أكثر من 50 في المائة من الأكسجين الموجود في الكرة الأرضية. هذا يعني أن صحة هذه الكائنات في المحيطات جزء لا يتجزأ من قابلية التنفس المستمرة ودرجة حرارة الأرض ، كما أنها تحبس ثاني أكسيد الكربون ، غازات الاحتباس الحراري ، أثناء عملية التمثيل الضوئي. عندما يتم تدمير هذه النظم البيئية ، يتم إطلاق مليارات الأطنان من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى تسريع الاحتباس الحراري.

إذا لم يكن ذلك حرجًا بدرجة كافية ، فهناك أسباب أخرى لأهمية البيئات البحرية. إنها تساعد في تنظيم مناخ الكوكب وأنظمة الطقس ، وقد يؤدي ارتفاع درجة حرارة المحيطات إلى ارتفاع معدل حدوث الظواهر الجوية المتطرفة مثل الأعاصير وأمواج تسونامي ، والتي غالبًا ما تكون مميتة ، وظواهر النينيو والنينيا الجوية التي تسبب المجاعة في آسيا ودول المحيط الهادئ مثل تيمور الشرقية.

في الواقع ، تعرض البيئات البحرية المتدهورة للخطر 40 في المائة من المجتمعات العالمية التي تعيش على الساحل. غالبًا ما توفر النظم البيئية على السواحل ، مثل أشجار المانغروف ، خدمات الحماية من الفيضانات والعواصف للمستوطنات البشرية المجاورة. يمكن أن يؤدي تدمير البيئات البحرية إلى تدمير سبل عيش الناس. هذا صحيح بالنسبة للصيادين والصناعات السياحية ، مثل تلك المرتبطة بالعجائب البحرية مثل الحاجز المرجاني العظيم ، الذي مات أكثر من نصفه بسبب ارتفاع درجات حرارة المحيط. والأمر الأكثر إثارة للقلق هو تلك الدول الجزرية التي قد يتم ابتلاعها بسبب الاحتباس الحراري الذي يذوب القمم الجليدية وترتفع مستويات المحيطات ، واضطر الكثيرون بالفعل إلى إخلاء منازلهم للهروب من ارتفاع المحيط ، وهو فأل كئيب لما يمكن أن يحدث إذا استمر تغير المناخ. دون رادع.


تستمر المناطق الميتة في المحيطات في الانتشار

المزيد من الأخبار السيئة لمحيطات العالم: المناطق الميتة و mdashareas من مياه القاع مستنفدة للغاية من الأكسجين لدعم معظم حياة المحيطات وانتشار mdashare ، منتشرة تقريبًا على كامل السواحل الشرقية والجنوبية للولايات المتحدة بالإضافة إلى العديد من منافذ نهر الساحل الغربي.

وفقًا لدراسة جديدة في علم، لا تزال أسعار بقية العالم أفضل من ذلك ، وهناك الآن 405 منطقة ميتة تم تحديدها في جميع أنحاء العالم ، ارتفاعًا من 49 في الستينيات و mdashand لا تزال أكبر منطقة ميتة في العالم هي بحر البلطيق ، الذي تفتقر مياهه السفلية الآن إلى الأكسجين على مدار العام.

هذه ليست مسألة اقتصادية صغيرة. حدث حدث واحد منخفض الأكسجين (يُعرف علميًا باسم نقص الأكسجين) قبالة سواحل ولاية نيويورك ونيوجيرسي في عام 1976 يغطي مساحة 385 ميلًا مربعًا فقط (1000 كيلومتر مربع) من قاع البحر ، انتهى به الأمر إلى تكلف مصايد الأسماك التجارية والترفيهية في المنطقة أكثر من 500 دولار. مليون. كما هو الحال ، يتم فقدان ما يقرب من 83000 طن (75000 طن متري) من الأسماك وغيرها من الكائنات الحية في المحيط في المنطقة الميتة بخليج تشيسابيك كل عام و mdashenough لإطعام نصف سرطان البحر المصيد التجاري لمدة عام.

& quot؛ يتم فقدان أكثر من 212.000 طن متري [235.000 طن] من الطعام بسبب نقص الأكسجة في خليج المكسيك ، كما يقول عالم الأحياء البحرية روبرت دياز من كلية William & amp Mary في ويليامزبرج ، فيرجينيا ، الذي قام بمسح المناطق الميتة جنبًا إلى جنب مع عالم البيئة البحرية روتجر روزنبرغ من جامعة جوتنبرج في السويد. & quot هذا يكفي لإطعام 75 في المائة من متوسط ​​محصول الجمبري البني من خليج لويزيانا. إذا لم يكن هناك نقص الأكسجة وكان هناك الكثير من الطعام ، ألا تعتقد أن الجمبري وسرطان البحر سيكونون أكثر سعادة؟ سيكونون بالتأكيد أكثر بدانة. & quot

لم يتعاف سوى عدد قليل من المناطق الميتة ، مثل البحر الأسود ، الذي انتعش بسرعة في التسعينيات مع انهيار الاتحاد السوفيتي وانخفاض كبير في جريان الأسمدة من الحقول في روسيا وأوكرانيا. يحتوي السماد على كميات كبيرة من النيتروجين ، ويتدفق من الحقول الزراعية في المياه وفي الأنهار ، وفي النهاية إلى المحيطات.

هذا الجريان السطحي للأسمدة ، بدلاً من المساهمة في المزيد من الذرة أو القمح ، يغذي الطحالب الضخمة في المحيطات الساحلية. تموت هذه الطحالب بدورها وتغرق في القاع حيث تستهلكها الميكروبات التي تستهلك الأكسجين في هذه العملية. يعني المزيد من الطحالب زيادة احتراق الأكسجين ، وبالتالي تقليل الأكسجين في الماء ، مما يؤدي إلى تحليق هائل من قبل تلك الأسماك والقشريات وسكان المحيط الآخرين القادرين على الانتقال وكذلك الموت الجماعي للكائنات غير المتحركة ، مثل المحار أو القاع الآخر - سكان. وذلك عندما تتولى الميكروبات التي تزدهر في البيئات الخالية من الأكسجين ، وتشكل حصائرًا بكتيرية ضخمة تنتج كبريتيد الهيدروجين ، وهو غاز سام.

يعتبر النيتروجين هو الجاني الرئيسي في البيئات البحرية ، وفي الوقت الحاضر ، تعد الزراعة أكبر مساهم للنيتروجين في النظم البحرية. يقول دياز إنه نفس السيناريو في جميع أنحاء العالم. & quotFarmers لا يفعلون ذلك عن قصد. كانوا يفضلون لصقها على الأرض. & quot

بالإضافة إلى الأسمدة ، فإن الجاني الأساسي الآخر هو استهلاك الوقود الأحفوري. ينتج عن حرق البنزين والديزل أكاسيد النيتروجين المكونة للضباب الدخاني ، والتي تتضح لاحقًا عندما يغسل المطر النيتروجين من السماء ، وفي النهاية ، في المحيط.

يمكن أن تحل التحسينات التكنولوجية ، مثل السيارات الكهربائية أو الهيدروجينية ، هذه المشكلة ولكن المسألة الزراعية أصعب. & quot النيتروجين زلق للغاية ومن الصعب جدًا الاحتفاظ به على الأرض ، & quot ؛ يلاحظ دياز. & quot؛ نحن بحاجة إلى إيجاد تقنية لمنع النيتروجين من مغادرة التربة. & quot

أو يمكن للمزارعين تقليل الكمية الإجمالية من النيتروجين المطلوبة من خلال استخدام التقنيات الحيوية الجديدة ، مثل تحسينات كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) التي تقدمها Arcadia Biosciences. من خلال هندسة المحاصيل للإفراط في التعبير عن الجين الذي يسمح للجذور بامتصاص المزيد من النيتروجين ، أوضح علماء أركاديا أنه من الممكن لمحاصيل NUE أن تنتج نفس المحصول بنصف كمية الأسمدة ، كما يقول الرئيس والمدير التنفيذي ، إريك ري. & quot في الكانولا ، شهدنا انخفاضًا بمقدار الثلثين. & quot

لقد تم بالفعل ترخيص البذور التي تحمل هذه التقنية لشركة Monsanto العملاقة في مجال الزراعة وشركة Dupont's Pioneer Hi-Bred International في حالة الكانولا والذرة ، على التوالي ، وقد تستخدمها حتى بذور العشب من شركة Scotts Miracle-Gro يومًا ما. على الرغم من أن التجارب الميدانية على مدى السنوات الأربع الماضية أثبتت فاعلية التغييرات الجينية ، فإن المزيد من الاختبارات والموافقة الحكومية تعني أن هذه المحاصيل لن تزرع قبل عام 2012.

& quot؛ إنها فائدة اقتصادية كبيرة للمزارعين إذا استخدموا نصف كمية النيتروجين فقط بالإضافة إلى تأثير مفيد كبير على جريان النيتروجين في المجاري المائية ، & quot خمس سنوات من المقدمة في عام 1998 لتصبح ما يقرب من 70 في المائة من الذرة المزروعة في الولايات المتحدة ، والآن ما يقرب من 90 في المائة. & quot ؛ توقع معقول أنه سيكون هناك انخفاض كبير ، ربما بحلول عام 2018. & quot

لكن هذا قد لا يحل مشكلة المنطقة الميتة. يصل الكثير من النيتروجين الآن إلى هذه المياه الساحلية لدرجة أن الكثير منه ينتهي به المطاف مدفونًا في الرواسب ، كما يقول دياز ، حتى عندما تتم إزالة مصادر النيتروجين الجديدة ، فإن تلك الرواسب تطلق هذا النيتروجين بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى استمرار الدورة.

سبب عدم القدرة على التعافي ليس فقط النيتروجين المدفون في الرواسب ولكن أيضًا طبقات المياه التي لا تختلط مع بعضها البعض ، على الرغم من التدفق الهائل للأنهار مثل نهر المسيسيبي. بدلاً من ذلك ، توجد مياه أكثر دفئًا وعذبًا على السطح فوق مياه أكثر برودة وكثافة وملوحة وتستغرق طاقة الأعاصير القوية المتعددة لمزج الاثنين.

على سبيل المثال ، عندما ضرب إعصار كاترينا على ساحل لويزيانا مع رياحه القوية التي تهب أسرع من 130 ميلاً (210 كيلومترات) في الساعة ، قدمت العاصفة الاستوائية الوحشية فائدة: فقد مزجت المياه السطحية الدافئة الغنية بالأكسجين مع البرودة ، مياه خالية تقريبًا من الأكسجين تحتها ، وتبدد أكبر منطقة ميتة في الولايات المتحدة لبعض الوقت. تبع الإعصار ريتا العمل وأنهى العمل ، منهياً في وقت مبكر المنطقة الموسمية الميتة التي تتشكل كل عام عند مصب نهر المسيسيبي.

تلك المنطقة الميتة و [مدش] التي امتدت العام الماضي على ما يقرب من 8500 ميل مربع (22000 كيلومتر مربع) ، وهي منطقة بحجم ولاية نيوجيرسي ، ومن المتوقع أن تزداد اتساعًا في عام 2008 ، وذلك بفضل فيضانات الصيف المبكرة و mdashforms بسبب الحمل الغني من النيتروجين و الفوسفور الذي يحمله نهر المسيسيبي من حقول المزارع في الغرب الأوسط الأمريكي.

إن الأمل في حدوث الأعاصير ليس شائعًا ولا معقولًا ، لذلك فإن العلماء في دول بحر البلطيق ، الذين يائسون لإيجاد حلول ، يفكرون فيما يسمى بخيارات الهندسة الجيولوجية: التدخلات البشرية واسعة النطاق في النظم الطبيعية. في هذه الحالة ، سيتم نفخ الهواء في بعض الخلجان الأصغر لتقييم ما يحدث. & quot إذا نظرت إلى البرك الزراعية ، يمكنك تهويتها لمنع انخفاض الأكسجين ، & quot دياز يقول. & quot ولكن هذه بركة. نحن نتحدث عن أنظمة مفتوحة مع المد والجزر. الماء لا يبقى هناك فقط. & quot

في النهاية ، قد يتطلب الأمر ثورات في الزراعة والنقل ، جنبًا إلى جنب مع طاقة الأعاصير لإعادة الحياة إلى المناطق الميتة. & quot إذا لم تتمكن من مزج منطقة ميتة مع طاقة الإعصار ، & quot ؛ يضيف دياز ، & quot


مثل جسد يقوم من الموت ، عادت البيولوجيا إلى الحياة في حوالي القرن الرابع عشر الميلادي. كانت هذه بداية عصر النهضة في أوروبا. لقد كانت نهاية العصور الوسطى المبكرة وبداية تعلم جديد. أصبح الفن والكتب والعلوم جميعها شائعة مرة أخرى. ركز علماء الأحياء خلال هذا الوقت على معرفة المزيد عن جسم الإنسان. هذا يعني دراسة الموتى.

خلال عصر النهضة في أوروبا ، قام علماء الأحياء بتشريح جسم الإنسان لمحاولة التعرف على كيفية عمله. اضغط للتكبير.

كان التشريح أحد الطرق الرئيسية التي اكتشف علماء الأحياء كيفية عمل الجسم بها. كانوا يضعون الجثة على طاولة ويفتحونها. بهذه الطريقة ، يمكنهم رؤية كل ما يسمح للبشر بالركض. لم يدرس الكثير من الناس داخل جسم الإنسان من قبل. الآن رأوا الأوردة والأعصاب والعظام والعضلات. كان علماء الأحياء يدورون حول كل شيء. بعد ذلك ، رسموا صوراً لما وجدوه. ساعدهم هذا في فهم كيفية ارتباط كل شيء.


Ancient & # 039Great Leap Forward & # 039 for Life in the Open Ocean

ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن ظهور الحياة المعقدة متعددة الخلايا قرب نهاية عصر ما قبل الكمبري (الفترة الجيولوجية التي استمرت حتى 541 مليون سنة مضت) قد سهلها زيادة الأكسجين ، كما يتضح في السجل الجيولوجي. ومع ذلك ، فقد ظل لغزًا حول سبب زيادة الأكسجين في هذا الوقت بالذات وما علاقته بـ & # 8216 كرة الثلج الأرض & # 8217 & ndash - التغيرات المناخية الأكثر تطرفًا التي شهدتها الأرض على الإطلاق - والتي كانت تحدث أيضًا في ذلك الوقت.

تظهر هذه الدراسة الجديدة أنه يمكن في الواقع أن يكون ما كان يحدث للنيتروجين في هذا الوقت هو الذي يساعد في حل اللغز.

استخدم الباحثون ، بقيادة الدكتورة باتريشيا سانشيز باراكالدو من جامعة بريستول ، البيانات الجينومية لإعادة بناء العلاقات بين تلك البكتيريا الزرقاء التي وفرت عملية التمثيل الضوئي لها في المحيط المفتوح الأكسجين بكميات كافية لتكون أساسية في تطوير الحياة المعقدة على الأرض.

كانت بعض هذه البكتيريا الزرقاء قادرة أيضًا على تحويل النيتروجين الجوي إلى نيتروجين متوفر بيولوجيًا بكميات كافية للمساهمة في دورة النيتروجين البحري ، وتقديم & # 8216 سماد نيتروجين & # 8217 إلى النظام البيئي.

باستخدام التقنيات الجزيئية ، تمكن الفريق من تحديد تاريخ ظهور هذه الأنواع لأول مرة في السجل الجيولوجي منذ حوالي 800 مليون سنة.

قال الدكتور سانشيز-باراكالدو ، زميل أبحاث دوروثي هودجكين في الجمعية الملكية في مدارس العلوم البيولوجية والجغرافية في بريستول و 8217 #: لقد عرفنا أن التمثيل الضوئي الأكسجينى - العملية التي تقوم من خلالها الميكروبات بإصلاح ثاني أكسيد الكربون إلى كربوهيدرات ، وتقسيم الماء وإطلاق الأكسجين على شكل -تطور المنتج وندش لأول مرة في موائل المياه العذبة منذ أكثر من 2.3 مليار سنة. ولكن لم يكن & # 8217t حتى 800 مليون سنة مضت أن هذه البكتيريا الزرقاء المؤكسجة كانت قادرة على استعمار المحيطات الشاسعة (ثلثي كوكبنا) ويتم تخصيبها بما يكفي من النيتروجين المتاح بيولوجيًا لإنتاج الأكسجين وندش والكربوهيدرات الغذائية & ndash عند مستويات عالية بما يكفي تسهيل القفزة الكبرى التالية & # 8216 # 8217 نحو الحياة المعقدة.

تشير دراستنا إلى أنه ربما كان تثبيت هذا النيتروجين & # 8216 fertiliser & # 8217 في المحيطات في هذا الوقت هو الذي لعب دورًا محوريًا في هذه اللحظة الرئيسية في تطور الحياة على الأرض. & quot

قال المؤلف المشارك ، البروفيسور آندي ريدجويل: "إن توقيت انتشار مثبتات النيتروجين في المحيطات المفتوحة يحدث قبل التجلد العالمي وظهور الحيوانات. على الرغم من الحاجة إلى مزيد من العمل ، فقد تكون هذه التغييرات التطورية مرتبطة ، وربما زودت ، بحدوث التجلد الشديد في هذا الوقت حيث كان الكربون الآن مدفونًا في الرواسب على نطاق أوسع.

أضافت الدكتورة سانشيز باراكالدو: & quotIt & # 8217s مثير للغاية أن تكون قادرًا على استخدام أحدث التقنيات الجينية للمساعدة في حل لغز قديم يتعلق بواحدة من أهم اللحظات المحورية في تطور الحياة على الأرض. في السنوات الأخيرة ، ساعدت البيانات الجينومية في إعادة سرد قصة أصول الحياة بوضوح ودقة متزايدة. إنه لشرف كبير أن أساهم في فهمنا لكيفية مساهمة الكائنات الحية الدقيقة في جعل كوكبنا صالحًا للسكن. & quot

لا يعني نشر البيانات الصحفية أو غيرها من المحتويات الخارجية المصادقة أو الانتماء من أي نوع.


عالم الماء

في بداية حدث Ordovician المتأخر منذ حوالي 450 مليون سنة ، كان العالم مكانًا مختلفًا تمامًا عما هو عليه اليوم أو حتى في عصر الديناصورات. حدثت الغالبية العظمى من الحياة حصريًا في المحيطات ، حيث بدأت النباتات لتوها في الظهور على اليابسة. تم تكديس معظم القارات الحديثة معًا كقارة عظمى واحدة ، أطلق عليها اسم Gondwana.

بدأت النبضات الأولية للانقراضات بسبب التبريد العالمي الذي اجتاح الكثير من جندوانا تحت الأنهار الجليدية. قبل ما يقرب من 444 مليون عام ، ظهر نبضة انقراض ثانية عند الحد الفاصل بين المرحلتين الجيولوجية الهيرنانتية والرودانية إلى حد كبير - وإن كان غير حاسم - يُعزى إلى نقص الأكسجين في المحيطات. اختفى حوالي 85 في المائة من الأنواع البحرية من السجل الأحفوري بحلول الوقت الذي مر فيه حدث Ordovician المتأخر في النهاية.

نظر باحثو جامعة ستانفورد وزملاؤهم في الدراسة على وجه التحديد إلى النبض الثاني للانقراض. سعى الفريق إلى تقييد حالة عدم اليقين بشأن مكان حدوث ندرة في الأكسجين المذاب في بحار الأرض - وهو أمر بالغ الأهمية لبيولوجيا المحيطات كما هو الآن - وكذلك إلى أي مدى وإلى متى. استنتجت الدراسات السابقة تركيزات الأكسجين في المحيطات من خلال تحليلات الرواسب القديمة التي تحتوي على نظائر المعادن مثل اليورانيوم والموليبدينوم ، والتي تخضع لتفاعلات كيميائية مختلفة في ظروف نقص الأكسجين مقابل الأكسجين الجيد.


"وقت سيئ حقًا للبقاء على قيد الحياة" - إزالة الأكسجين من المحيط المرتبط بالموت القديم

يقدم الباحثون دليلاً جديدًا على أن إزالة الأكسجين من المحيطات قد قضت على التنوع البيولوجي خلال إحدى الانقراضات الجماعية "الخمسة الكبار" في تاريخ الأرض - وهي معلومات ذات صلة حيث يساهم تغير المناخ في تقليل الأكسجين في المحيطات اليوم.

في دراسة جديدة ، عزز باحثو ستانفورد بقوة النظرية القائلة بأن نقص الأكسجين في محيطات الأرض ساهم في موت مدمر منذ حوالي 444 مليون سنة. تشير النتائج الجديدة كذلك إلى أن ظروف نقص الأكسجين هذه (قليلة إلى خالية من الأكسجين) استمرت لأكثر من 3 ملايين سنة - أطول بكثير من فترات سحق التنوع البيولوجي المماثلة في تاريخ كوكبنا.

إلى جانب تعميق الفهم لأحداث الانقراض الجماعي القديم ، فإن النتائج لها صلة باليوم: يساهم تغير المناخ العالمي في انخفاض مستويات الأكسجين في المحيطات المفتوحة والمياه الساحلية ، وهي عملية من المحتمل أن تؤدي إلى هلاك مجموعة متنوعة من الأنواع.

قال المؤلف الرئيسي ريتشارد جورج ستوكي ، وهو طالب دراسات عليا في المختبر شارك في الدراسة إريك سبيرلنغ ، وهو أستاذ مساعد في العلوم الجيولوجية في كلية الأرض والطاقة والعلوم البيئية بجامعة ستانفورد (ستانفورد إيرث). "لكن النتائج لا تقتصر على تلك الكارثة البيولوجية."

الدراسة المنشورة في اتصالات الطبيعة 14 أبريل ، تركزت على حدث يعرف باسم الانقراض الجماعي المتأخر Ordovician. تم التعرف عليه كواحد من "الخمسة الكبار" الأصباغ العظيمة في تاريخ الأرض ، وأشهرها حدث العصر الطباشيري-الباليوجيني الذي قضى على جميع الديناصورات غير الطيرية منذ حوالي 65 مليون سنة.

عالم الماء

في بداية حدث Ordovician المتأخر قبل حوالي 450 مليون سنة ، كان العالم مكانًا مختلفًا تمامًا عما هو عليه اليوم أو حتى في عصر الديناصورات. حدثت الغالبية العظمى من الحياة حصريًا في المحيطات ، حيث بدأت النباتات لتوها في الظهور على اليابسة. تم تكديس معظم القارات الحديثة معًا كقارة عظمى واحدة ، أطلق عليها اسم Gondwana.

بدأت النبضات الأولية للانقراضات بسبب التبريد العالمي الذي سيطر على جزء كبير من جندوانا تحت الأنهار الجليدية. قبل ما يقرب من 444 مليون عام ، ظهر نبضة انقراض ثانية عند الحد الفاصل بين المرحلتين الجيولوجية Hirnantian و Rhuddanian إلى حد كبير - وإن كان بشكل غير حاسم - يُعزى إلى نقص الأكسجين في المحيطات. اختفى حوالي 85 في المائة من الأنواع البحرية من السجل الأحفوري بحلول الوقت الذي مر فيه حدث Ordovician المتأخر في النهاية.

الصخر الزيتي الأسود المصفح والمكشوف على نهر بيل ، يوكون ، كندا ، التي ترسبت خلال أواخر العصر الأوردوفيشي وأقدم السيلوريان. لا تظهر هذه الرواسب أي دليل على وجود كائنات حية تعيش في قاع البحر بسبب ظروف نقص الأكسجين في قاع البحر. قدر الباحثون المدى العالمي لظروف انخفاض الأكسجين خلال هذه الفترة الزمنية باستخدام بيانات النظائر المعدنية النزرة الجديدة ونمذجة عدم اليقين. الائتمان: إريك سبيرلينج

نظر باحثو جامعة ستانفورد وزملاؤهم في الدراسة على وجه التحديد إلى النبض الثاني للانقراض. سعى الفريق إلى تقييد حالة عدم اليقين بشأن مكان حدوث ندرة في الأكسجين المذاب في بحار الأرض - وهو أمر بالغ الأهمية لبيولوجيا المحيطات كما هو الآن - وكذلك إلى أي مدى وإلى متى. استنتجت الدراسات السابقة تركيزات الأكسجين في المحيطات من خلال تحليلات الرواسب القديمة التي تحتوي على نظائر المعادن مثل اليورانيوم والموليبدينوم ، والتي تخضع لتفاعلات كيميائية مختلفة في ظروف نقص الأكسجين مقابل الأكسجين الجيد.

الأدلة الأولية

قاد Stockey بناء نموذج جديد يتضمن بيانات النظائر المعدنية المنشورة سابقًا ، بالإضافة إلى بيانات جديدة من عينات من الصخر الزيتي الأسود المنحدرة من حوض مرزق في ليبيا ، والمودعة في السجل الجيولوجي أثناء الانقراض الجماعي. يلقي النموذج بشبكة واسعة ، مع الأخذ في الاعتبار 31 متغيرًا مختلفًا متعلقًا بالمعادن ، بما في ذلك كميات اليورانيوم والموليبدينوم التي تتسرب من الأرض وتصل إلى المحيطات عبر الأنهار لتستقر في قاع البحر.

استنتاج النموذج: في أي سيناريو معقول ، يجب أن يكون نقص الأكسجين في المحيطات شديدًا وطويلًا قد حدث عبر كميات كبيرة من قاع المحيط على الأرض. قال سبيرلينج: "بفضل هذا النموذج ، يمكننا أن نقول بثقة أن حدثًا عالميًا طويلًا وعميقًا لنقص الأكسجين مرتبط بالنبضة الثانية للانقراض الجماعي في أواخر العصر الأوردوفيشي". "بالنسبة لمعظم حياة المحيط ، كانت حدود هيرنانتيان-رودانيان حقًا وقتًا سيئًا حقًا للبقاء على قيد الحياة."

التأثيرات على التنوع البيولوجي

تشير دروس الماضي إلى أن نزع الأكسجين الذي تم توثيقه بشكل متزايد في المحيطات الحديثة ، لا سيما في المنحدرات العليا للأرفف القارية التي تحاصر كتل اليابسة الرئيسية ، سيضع ضغطًا على العديد من أنواع الكائنات الحية - ربما على وشك الانقراض. قال ستوكي: "لا توجد وسيلة لعدم تأثير ظروف الأكسجين المنخفض بشدة على التنوع".

وبهذه الطريقة ، بالإضافة إلى تسليط الضوء على الأرض في يوم بعيد ، فإن نتائج الدراسة يمكن أن تساعد الباحثين على وضع نموذج أفضل للكوكب كما هو الآن.

قال سبيرلينج: "لدينا بالفعل مشكلة كبيرة في نمذجة الأوكسجين في المحيط الحديث". "ومن خلال توسيع تفكيرنا حول كيفية تصرف المحيطات في الماضي ، يمكننا الحصول على بعض الأفكار حول المحيطات اليوم."

المرجع: & # 8220 ، euxinia البحرية العالمية المستمرة في أوائل Silurian & # 8221 بقلم Richard G. Stockey و Devon B. Cole و Noah J. Planavsky و David K. Loydell و Jiří Frýda و Erik A. Sperling ، 14 أبريل 2020 ، اتصالات الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41467-020-15400-y

المؤلفون المشاركون في الدراسة هم من معهد جورجيا للتكنولوجيا وجامعة ييل وجامعة بورتسموث والجامعة التشيكية لعلوم الحياة في براغ.

تم دعم البحث من قبل مؤسسة ألفريد بي سلون ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، ومؤسسة باكارد ، ووكالة ناسا.


شاهد الفيديو: إذا رأيت أمواج مربعة الشكل في المحيط أخرج منه فورا (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Wilhelm

    برافو ، يا لها من عبارة ... فكرة رائعة

  2. Nickolas

    رسالة لا مثيل لها ؛)

  3. Gavin

    لدي حالة مماثلة. ادعو للمناقشة.



اكتب رسالة