Статья в журнале Science Advances, опубликованная учеными из Карлова университета в Праге (Центр теоретических исследований и факультет естественных наук), показывает, что биоразнообразие Земли регулируется в масштабе десятков миллионов лет петлей обратной связи между разнообразием, с одной стороны, и возникновением и исчезновением видов. с другой стороны, так что она не может расти бесконечно. Это проливает новый свет на нынешний кризис биоразнообразия.

Жизнь зародилась почти 4 миллиарда лет назад, но у нас есть только окаменелости, которые больше рассказывают нам о ее истории за последние 540 миллионов лет. Вопрос, который всегда волновал как палеонтологов, так и экологов, заключается в том, неуклонно ли росло биоразнообразие за это время, или же у него были ограничения, налагаемые ограниченными возможностями глобальной экосистемы.

Ранние анализы показали, что количество таксонов не сильно изменилось в течение палеозоя, но после крупнейшего вымирания на рубеже палеозойской и мезозойской эр (четверть миллиарда лет назад) разнообразие неуклонно росло вплоть до наших дней. Это начало оспариваться в последние два десятилетия, основываясь на идее, что очевидное увеличение разнообразия может быть вызвано тем фактом, что чем ближе мы подходим к настоящему, тем больше информации у нас есть о прошлом разнообразии жизни. Некоторые анализы показали, что когда эти артефакты удаляются, биоразнообразие Земли становится довольно стабильным, подразумевая, что существует какой-то механизм, который его регулирует. Остается открытым вопрос о том, как может работать такой механизм и является ли он универсальным.

Новый свет на это теперь пролило исследование Валентина Рино, Яна Смицки и Дэвида Сторча, группы, работающей в Центре теоретических исследований, объединенном институте Карлова университета и Чешской академии наук. Они спросили, что влияет на наблюдаемое появление и исчезновение таксонов в летописи окаменелостей. Они проанализировали доступные временные ряды ископаемых девяти групп морских организмов (их временные ряды намного полнее, чем у наземных организмов) и использовали новые статистические методы, чтобы определить, были ли изменения окружающей среды (температура и доступность ресурсов) или само разнообразие ответственны за эти изменения. Они были сосредоточены главным образом на том, приводит ли более высокое биоразнообразие в данной группе к более низким темпам возникновения новых таксонов или к более высоким темпам их исчезновения. Это было бы механизмом, с помощью которого регулируется разнообразие.

Было показано, что влияние изменений окружающей среды сильно варьируется и зависит от группы - некоторые типы организмов реагируют на изменения температуры, другие — на изменения в продуктивности окружающей среды, а в других группах появление и исчезновение таксонов во временных рядах ископаемых не зависит от изменений окружающей среды. Напротив, эффект разнообразия практически универсален — более высокое разнообразие приводит к более низким темпам возникновения и более высоким темпам вымирания.

В результате общее биоразнообразие Земли поддерживается в определенных пределах — чем оно выше, тем больше вероятность его уменьшения в следующем временном интервале. Авторы предполагают, что этот механизм обратной связи обусловлен тем фактом, что, когда количество ресурсов на Земле ограничено, увеличение числа видов обязательно сопровождается уменьшением размеров их популяции. Затем это приводит к более высокому риску исчезновения и более трудному времени для укоренения новых видов.

Авторы использовали для своего исследования самые современные аналитические методы, которые, в отличие от традиционных статистических методов, таких как методы регрессии, могут выявить направление причинно-следственных связей и выявить нелинейные эффекты и лаги. В результате было показано, что в то время как появление новых таксонов реагирует на изменения в разнообразии в самый следующий период, вымирание часто задерживается на несколько миллионов лет. "Это имеет серьезные последствия для понимания потенциальных последствий нынешнего кризиса биоразнообразия. Вполне возможно, что нынешние изменения будут иметь последствия в течение очень длительного периода в будущем", - говорит Дэвид Сторч, который, помимо CTS, также работает на факультете естественных наук Карлова университета в Праге.

Самое главное, если биоразнообразие Земли регулируется ограниченным количеством ресурсов, доступных организмам, то любое сокращение этого запаса ресурсов обязательно приведет к сокращению разнообразия Земли. Подсчитано, что человеческая популяция потребляет более четверти первичной продукции экосистем (не говоря уже о том, что она отнимает место для дикой природы), поэтому вряд ли возможно поддерживать такое же количество видов на Земле, какое было бы без присвоения ресурсов человеком.