Ottobre 18, 2021

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Perché ci sono più specie terrestri che creature marine sul nostro pianeta?

Una delle domande fondamentali in biologia è capire come è regolata la biodiversità del nostro pianeta. In effetti, alcune domande rimangono senza risposta. Perché ci sono più specie terrestri che marine?Circa sei volte di più? Questo puzzle è ancora più importante perché la biodiversità marina è apparsa molto prima della superficie del nostro pianeta. Poiché è passato molto più tempo da quando la vita è apparsa negli oceani, il numero di specie terrestri superiori a quelle marine sembra un’osservazione controintuitiva.

Resta un altro mistero. Perché ci sono più specie in alcune regioni del mondo che in altre? Questo è particolarmente vero tropici, in cui il numero di specie è maggiore che nelle regioni polari. Sono state formulate decine di ipotesi, ma nessuna è stata concordata all’interno della comunità scientifica internazionale. un nuova teoria Suggerisce che la matematica può svolgere un ruolo essenziale.

Per far avanzare queste domande biologiche, la comunità scientifica continua a raccogliere organismi (archaea, batteri, piante, funghi e animali) al fine di inventariarli e studiarne la biologia. Gli scienziati stimano Che tra il 9% (specie marine) e il 14% (specie terrestri) delle specie sono state nominate e descritte fino ad oggi.

Gli ecologi indagano le molteplici interazioni di queste specie con l’ambiente, compreso il clima, ma anche con tutte le specie che vivono intorno a loro, prerequisito per comprendere le distribuzioni spaziali (biogeografia), i tassi riproduttivi (fenologia) e le loro fluttuazioni temporali dalle fluttuazioni stagionali ai cambiamenti che si sono verificati da secoli e millenni cambiamenti, o addirittura cambiamenti che si verificano su scale temporali geologiche (ambiente, paleoecologia e bioclimatologia).

nuova teoria

Una teoria chiamata METAL (Teoria macroambientale sull’ordine della vita), si è proposto di collegare biogeografia, fenologia, ecologia, paleoecologia e bioclimatologia delle specie, ma anche di comprendere come si formano le comunità di specie e come si organizza e si sviluppa la biodiversità. Cambia nello spazio e nel tempo.

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Comprendere l’organizzazione spazio-temporale della biodiversità su larga scala richiede lo sviluppo di modelli numerici in cui le conoscenze biologiche, ambientali e climatiche sono inserite nell’equazione.

La temperatura è il fattore primario che controlla la fisiologia di tutte le specie che abitano il nostro pianeta.

Nell’ambito della teoria dei minerali, le basi di base del modello della biodiversità sono semplici. Viene creato un gran numero di tipi fantasma. Ogni specie immaginaria (si parla di pseudo-specie) ha preferenze fisiologiche uniche che determinano la sua nicchia ecologica, cioè la sua risposta ai vincoli climatici ed ecologici. Possiamo inizialmente considerare una semplice nicchia, considerando solo le dimensioni (o variabili) temperatura e disponibilità di acqua (qui precipitazioni).

La temperatura è un fattore fondamentale che controlla la fisiologia di tutte le specie che vivono sul nostro pianeta, e le precipitazioni sono un indicatore della disponibilità di acqua, una variabile non meno importante della temperatura delle specie terrestri. Ciascuna delle milioni di specie fantasma create interagisce con fattori climatici e colonizza gradualmente l’ambiente terrestre e marino (sia in superficie che sul fondo dell’oceano). Durante le simulazioni, le specie si organizzano gradualmente in comunità e viene ricreata la biodiversità, più precisamente qui viene ricreato il numero di specie in una determinata area.

La distribuzione media della biodiversità, ovvero il numero di specie negli ambienti terrestri (a) e marini (b, c). | Gregory Beaugrand

Questi esperimenti numerici (o simulazioni) ricostruiscono molto correttamente la distribuzione spaziale della biodiversità come attualmente osservata per un gran numero di gruppi tassonomici in ambienti terrestri e marini (es: crostacei, pesci, cetacei, piante, uccelli). Le mappe della biodiversità dei fondali oceanici rimangono provvisorie in quanto finora sono state fatte poche osservazioni per confermare questi risultati.

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La grande scacchiera della vita

La ridistribuzione delle distribuzioni della biodiversità osservata in natura avviene perché un’interazione climatica specializzata genera un vincolo matematico sul numero di specie che possono sorgere in una data area. Abbiamo chiamato questa limitazione la grande scacchiera della vita. Sebbene vi sia ancora una quota significativa di casualità (assenza di determinismo causale) sul tipo e sul numero di specie che possono sorgere in un’area, tale numero non può superare la soglia teorica fissata dall’interazione clima-modello specialista.

La grande scacchiera della vita. Ogni scatola della scacchiera è costituita da sottoriquadri che rappresentano il numero di nicchie climatiche, che determinano il numero di specie che possono stabilire una presenza territoriale in un quadrato geografico. L rappresenta il numero possibile di nicchie (o il numero massimo di specie) e S rappresenta il numero di specie che occupano il quadrato geografico. Q rappresenta la saturazione delle porte, con Q = (S/L) x100. La saturazione al 100% significa che tutte le porte sono occupate. | Gregory Beaugrand

Ad esempio, poche specie possono determinare la temperatura minima e massima e le precipitazioni. I poli corrispondono ai limiti inferiori dei valori di temperatura (per l’ambiente terrestre e marino) e di precipitazione (per l’ambiente terrestre), il numero di specie che possono dimostrare la loro esistenza è limitato principalmente perché due specie della stessa statura (c’ cioè avere gli stessi adattamenti per far fronte alle fluttuazioni ambientali) non possono coesistere secondo il principio di Gausse di esclusione competitiva. Poiché i limiti superiori a livello dell’equatore non sono osservati nel clima attuale, la biodiversità è massima a livello dell’equatore nell’ambiente terrestre ea livello subtropicale nell’ambiente marino. Non è sempre stato così e durante i periodi caldi la biodiversità può essere molto più bassa all’equatore. Allo stesso modo, la biodiversità era a volte molto più elevata a livello dei poli.

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Perché il numero di specie terrestri è più importante del numero di specie marine? Ci sono diversi fattori all’origine di questa differenza. La prima, fondamentale, riguarda il numero delle dimensioni climatiche. L’acqua è presente per definizione ovunque nell’oceano, il che non è il caso dell’ambiente terrestre. La dimensione climatica aggiuntiva aumenta notevolmente il numero di nicchie bioclimatiche e quindi il numero di specie che possono sorgere nell’ambiente terrestre. L’aggiunta di una dimensione climatica aggiuntiva, insieme a differenze geografiche più pronunciate negli ambienti terrestri, aumenta la possibilità di speciazione, cioè la creazione di specie, poiché l’isolamento riproduttivo è il più probabile.

La biodiversità è massima a livello dell’equatore nell’ambiente terrestre ea livello subtropicale nell’ambiente marino.

Il tasso di diversificazione rimane un parametro importante, perché determina il grado di occupazione delle nicchie in una data cella geografica e le caratteristiche biostoriche di ciascun gruppo rendono la scacchiera vivente specifica di un particolare gruppo tassonomico, il che spiega perché a volte non ci sono modelli globali di biodiversità su larga scala spaziale. La scacchiera viene riorganizzata in base al clima, rendendola dinamica da scale temporali minuscole a scale molto grandi (cioè scale geologiche).

La teoria del METAL mostra che la componente deterministica, cioè ovvia e prevedibile, controlla l’organizzazione dei sistemi biologici dal livello organizzativo dell’individuo al livello organizzativo delle società. I modelli generati dalla teoria dei minerali, incorporando questa chiarezza, ci consentono di comprendere meglio la regolazione della biodiversità sul nostro pianeta, ma anche di prevedere la biodiversità passata, contemporanea e futura, e quindi anticipare la risposta dei sistemi biologici alla deregolamentazione del clima. Gli individui sono soggetti ad altre regole. Più grande è la specie, minori sono i suoi individui, un modello di variazione noto come regola di Damoth (1981).

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