علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Scientists find oxygen levels explain ancient extinction slowdown
(Josie Garthwaite – جوزي غارثويت)
ملخص المقالة:
بعد وقت قصير من فجر الحياة الحيوانية المعقدة، حدث موت جماعي (انقراض) لمخلوقات محيطات العالم، ثم تباطأ. وأظهرت دراسة جديدة أجرتها جامعة ستانفورد باستخدام نماذج محاكاة لمناخ الأرض أن ارتفاع مستويات الأكسجين قد يفسر سبب تباطؤ معدلات الانقراض العالمية خلال دهر البشائر، الذي بدأ قبل 541 مليون سنة، وتشير النتائج إلى 40 في المائة من مستويات الأكسجين الحالية في الغلاف الجوي كعتبة رئيسية تتوسع بعدها موائل المحيطات القابلة للحياة وينخفض معدل الانقراض العالمي انخفاضا حادا. وفي محيطات اليوم التي تنخفض فيها مستويات الأكسجين، قد يكون أي انخفاض آخر في الأكسجين أو تغير في درجة الحرارة كارثيا للكائنات الحية.
( المقالة )
وأظهرت دراسة جديدة أجرتها جامعة ستانفورد أن ارتفاع مستويات الأكسجين قد يفسر سبب تباطؤ معدلات الانقراض العالمية خلال دهر البشائر – أو دهرالحياة الظاهرة – (Phanerozoic) [٢]، الذي بدأ قبل 541 مليون سنة. وتشير النتائج، التي نشرت في 4 أكتوبر 2021 في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (Proceedings of the National Academy of Sciences) ، إلى 40 في المائة من مستويات الأكسجين الحالية في الغلاف الجوي كعتبة رئيسية تتوسع بعدها موائل المحيطات القابلة للحياة وينخفض معدل الانقراض العالمي انخفاضا حادا.
“هناك مجموعة كاملة من الانقراضات ذات الحجم الكبير في وقت سابق من تاريخ الحياة الحيوانية، ثم تتناقص حتى يكون هناك فقط هذه الانقراضات الجماعية الضخمة. لم يكن هناك تفسير لماذا لدينا كل تلك الانقراضات ذات الحجم الكبير في وقت مبكر”، كما قال مؤلف الدراسة الأقدم إريك سبيرلينغ، الأستاذ المساعد في العلوم الجيولوجية في كلية ستانفورد لعلوم الأرض والطاقة والبيئة (ستانفورد إيرث Stanford Earth).
وتكشف الدراسة الجديدة أنه حتى خمس درجات من الاحترار – شديدة بالنسبة لمناخنا الحالي ولكنها شائعة في ماضي الأرض العميق – ستكون أكثر من كافية لإحداث موت جماعي في وقت مبكر من دهر البشائر. يظهر البحث أن هذا يرجع إلى أنه في عالم منخفض الأكسجين، كانت الحيوانات البحرية بالفعل على حافة الحادة من قدرتها على التنفس والحفاظ على درجات حرارة أجسامها. ولهذه النتيجة آثار على فهم مصير مخلوقات المحيطات في عالم الاحترار اليوم.
المحيطات الافتراضية
استخدم المؤلفون نماذج حاسوبية لمناخ الأرض لمحاكاة درجات حرارة مياه البحر وكمية الأكسجين التي ستذوب في المحيط مع تذبذب ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الغلاف الجوي أثناء دهر البشائر. وقاموا بإقران عمليات المحاكاة هذه مع النماذج الرياضية للتفاعلات بين فسيولوجيا الحيوانات والبيئات المحلية، ثم قدروا نسبة أنواع الحيوانات البحرية التي ستفقد مع كل 5 درجات مئوية من الاحترار في المحيطات، كما هو متوقع من كل زيادة رباعية الأضعاف تقريبا في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. وهذه أحداث احترار متطرفة، ولكنها ليست نادرة طوال تاريخ الأرض.
وسمح هذا النهج للمؤلفين بملء المحيطات الافتراضية بشكل فعال بكائنات حية واقعية، ثم رفع الحرارة لمعرفة من سيبقى على قيد الحياة. وقال سبيرلينغ: “هذه نماذج ثلاثية الأبعاد بالكامل مع فيزياء المياه المتداولة في جميع القارات في تكوينات مختلفة وجميع الكيمياء الجيولوجية الحيوية. هذا تقدم حسابي كبير”.
تهديدان مزدوجان
النتائج متسقة مع سلسلة من أحداث الانقراض الرئيسية خلال أول 50 إلى 100 مليون سنة من دهر البشائر، كونها نتيجة مباشرة لانخفاض مستويات الأكسجين والاستجابات الفسيولوجية للحرارة. وقال مؤلف الدراسة الرئيسي ريتشارد ستوكي، وهو طالب دكتوراه في جامعة ستانفورد في العلوم الجيولوجية: “لسنا بحاجة إلى استدعاء شيء خارج التغيير المناخي لشرح معدلات الانقراض الشديدة بشكل شاذ والانقراض الجماعي الشائع بشكل غير طبيعي في وقت مبكر من السجل الأحفوري الحيواني”.
والحاجة، بدلا من ذلك، هي النظر في كيفية إعاقة ندرة الأكسجين لقدرة الحيوانات على التعامل مع الحرارة. وذلك لأنه مع ارتفاع درجة حرارة المحيطات، ينخفض محتواها من الأكسجين بينما تنمو حاجة الحيوانات إلى الأكسجين. وينطبق هذا بشكل خاص على الأنواع ذات الدم البارد التي تعتمد على البيئة الخارجية لتنظيم درجة حرارة الجسم والتمثيل الغذائي. وقال سبيرلينغ: “إن الطريقة التي ننظر بها إلى الأمور تضع تغير الأكسجين وتغير درجة الحرارة بعملة مشتركة ونقيمها في وقت واحد. نحن نتعامل مع الحفريات ككائنات حية قديمة ونفكر في كيف تتناول الطعام وتعيش وتتنفس – كيف تتعايش أثناء يوم واحد”.
ووجد الباحثون عدة عوامل إضافية أثرت على نسبة الأنواع التي ماتت خلال فترات أكثر دفئا على مدى 541 مليون سنة الماضية، بما في ذلك تكوين قارات الأرض، وكفاءة دورة الكربون بين المحيطات والغلاف الجوي، وحالة المناخ في بداية حدث معين للاحترار. ومع ذلك، يكتب المؤلفون أن “الأكسجين الجوي هو المؤشر المهيمن على ضعف الانقراض”. وقال ستوكي: “من المرجح أن تكون التغييرات في الأكسجين الجوي أكثر أهمية بكثير من تلك العوامل الأخرى”.
وتعزز الدراسة النتائج السابقة لمجموعة سبيرلينغ التي تؤكد على الأكسجين ودرجة الحرارة كمفاتيح متشابكة لفهم أنماط الانقراض والبقاء على قيد الحياة في المحيطات القديمة. وقال سبيرلينغ: “إن السجل الجيولوجي والحفريات يخبرونا مرارا وتكرارا أن الجمع بين الأكسجين وتغير درجة الحرارة هما القاتلان الكبيران للحيوانات البحرية”.
وفي مناطق محيطات اليوم التي تنخفض فيها مستويات الأكسجين، بما في ذلك المياه العميقة للحافة القارية قبالة ساحل كاليفورنيا، قد يكون أي انخفاض آخر في الأكسجين أو تغير في درجة الحرارة كارثيا للكائنات الحية التي تدفع بالفعل حدود قدرتها الهوائية. وقال سبيرلينغ: “هذه بعض الأماكن التي يحتمل أن تكون الأخطر لأن تغير المناخ يدفع المزيد من الاحترار في المحيطات وإزالة الأكسجين. على مدى المائة مليون سنة الأولى أو نحو ذلك من التطور الحيواني، كان المحيط بأكمله تقريبا هكذا”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-10-scientists-oxygen-ancient-extinction-slowdown.html
لمزيد من المعلومات: ريتشارد ستوكي وآخرون، Decreasing Phanerozoic extinction intensity as a consequence of Earth surface oxygenation and metazoan ecophysiology, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2101900118
الهوامش:
[١] العصر الاردوفيتشي: منذ 485-443 مليون سنة. ظهرت فيه النباتات الأولية والأشجار الفضية آكلة اللحوم فوق اليابسة، كما ظهرت الشعاب المرجانية ونجوم وجراد البحر والأسماك البدائية والحشائش المائية والفطريات الأولية.ومنذ 430 مليون سنة ظهرت قنافذ ونجوم البحر بين حدائق الزنابق المائية الملونة. وبينها ظهرت كائنات بحرية لها أصداف وأذناب تحمي بها أنفسها. وكان بعضها يطلق تيارا كهربائيا صاعقا. ويكيبيديا [٢] دهر البشائر أو الحياة الظاهرة (Phanerozoic) امتد لمدة 541 مليون سنة تقريبا وحتى زمننا الحاضر. وهو أحد دهور الجدول الزمني الجيولوجي الذي ظهرت فيه الحياة المركبة لأول مرة. ويبدأ في الوقت الذي ظهرت فيه الحيوانات القشرية (الأصداف) لأول مرة. كان يعتقد بأن الحياة قد بدأت في الكامبري، أول عصر في هذا الدهر. يسمى الوقت الذي قبل دهر البشائر، زمن ما قبل الكامبري، الذي ينقسم إلى الدهر الجهنمي، الدهر السحيق، ودهر الطلائع. يشمل المدة الزمنية لدهر البشائر: ظهور سريع لعدد من الشعب الحيوانية؛ تطور هذه الشعب إلى أشكال متنوعة؛ ظهور النباتات البرية؛ نمو النباتات المعقدة؛ تطور من الأسماك؛ ظهور الحيوانات البرية؛ وتطور الحيوانات الحديثة. وانجرفت القارات لتجتمع في النهاية في كتلة واحدة تعرف باسم بانجيا ثم انقسمت إلى ماهي عليه الآن. ويكيبيديا.