地球上の生命にとって最適な温度について考えたことはありますか?人間にとって快適な温度は20℃です。もう少し暖かくなると、私たちは 作業効率が低下する 熱を放出するにはエネルギーが必要だからです。
私たちは、多くの種が人間よりもはるかに寒い、または暖かい温度でも生きられることを知っています。しかし、私たちの 系統的レビュー 発表された研究の多くは、空気中と水中に生息する動物、植物、微生物の温度範囲が 20°C で重複していることを発見しました。これは偶然でしょうか？
すべての種について、温度との関係は非対称の釣鐘型曲線になります。これは生物学的プロセスを意味します 気温に応じて増加する、最大値に達し、暑すぎると急速に減少します。
最近、ニュージーランドの研究グループは海洋生物の数に注目しました。 赤道でピークにならなかった、一般的に想定されているように。むしろ、その数は減少し、亜熱帯にピークがあった。
ファローアップ 研究 約20,000万年前の最後の氷河期以来、この陥没がさらに深くなっていることが示された。そして、地球規模の海洋温暖化により、その深さはさらに加速しています。
種の数を年間平均気温に対してプロットしたところ、20℃を超えると減少が見られました。二度目の偶然？
生物学的プロセスと生物多様性
タスマニアでの研究 成長率をモデル化した 微生物や多細胞生物の生物学的プロセスが最も安定する温度も 20°C であることがわかりました。
この「コークリーモデル」は、 他の研究 20℃が生体分子にとって最も安定な温度であることを示しています。 XNUMX度目の偶然？
私たちはカナダ、スコットランド、ドイツ、香港、台湾の同僚と協力して、気温が生命に与える影響の一般的なパターンを調査しました。驚いたことに、どこを見ても、確かに海洋生物だけでなく、生物多様性の多くの尺度にとって 20℃ が極めて重要な温度であることがわかりました。
例では、気温が約 20°C を超えると、さまざまな重要な対策が低下することが示されています。
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海水種と淡水種の低酸素耐性
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海洋の遠洋（外洋に生息する）および底生（海底に生息する）の藻類の生産性と餌に対する魚の捕食率
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遠洋魚、プランクトン、底生無脊椎動物、軟体動物化石などの世界的な種の豊富さ
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そして遺伝的多様性。
化石記録では、気温が 20°C を超えると絶滅が増加しました。
種の豊富さの増加
世界的に見て、サンゴ礁の魚や無脊椎動物が生息する温度の範囲は、地理的分布が 20°C を中心とする種の中で最も狭いです。同じ効果が微生物にも見られます。
多くの種はより温暖な温度やより低い温度で生息できるように進化してきましたが、ほとんどの種は 20°C で生息しています。また、化石記録における絶滅 – 海綿動物、ランプの殻、軟体動物、海マットなど (コケ虫類）、ヒトデとウニ、ワームと甲殻類 - は 20°C の方が低かった。
種が 20°C を超える温度でもそれ以下の温度でも生きられるように進化するにつれて、その熱的ニッチは広くなります。これは、より暑い場所や寒い場所に生息している場合でも、ほとんどの生物は 20°C でも生きられることを意味します。
コークリーの数学的モデルは、20°C で熱の広がりが最小限に抑えられ、生物学的プロセスが最も安定して効率的になるはずであると予測しています。これにより、細菌から多細胞植物や動物に至るまで、生命のあらゆる領域で種の豊かさが最大化されるはずです。したがって、このモデルは、この「20℃の影響」を理論的に説明します。
気候変動の影響を予測する
生命の中心が 20°C 付近であると思われるということは、熱帯種の高温への適応能力を損なう根本的な制約を意味しています。
地球温暖化に適応して種がその生息域を移動できる限り、20℃の影響は、年平均 20℃まで局所的に種の豊かさが増加することを意味します。それを超えると豊かさは減少します。
これは、地理的分布を変えることで地球温暖化に適応できる多くの海洋種は、気候変動によって絶滅する可能性が低いことを意味します。
しかし、都市、農業、その他の人的インフラによって景観が変化するため、陸生種は地理的分布をそう簡単に移動できない可能性があります。
20℃の影響は、次のような上記の現象を最も簡単に説明します。温度による種の豊富さと遺伝的多様性の傾向。化石記録における絶滅率。生物学的生産性。最適な成長率。そして海洋捕食率。
多細胞種の複雑さにもかかわらず、細胞レベルの温度効率が生物多様性の他の側面に反映されていることは注目に値します。
細胞プロセスにとって 20°C が極めて重要でエネルギー効率が高い理由は、細胞に関連する水の分子特性によるものである可能性があります。これらの特性は、ほとんどの種にとって ~42°C が絶対的な限界であると思われる理由でもあるかもしれません。
この 20 ℃の影響をより深く認識することで、温度が生態系プロセス、種の豊富さと分布、生命の進化をどのように制御するかについて新たな洞察が得られる可能性があります。
マーク・ジョン・コステロ生物科学部・教授 ノルド大学 & ロス・コークリー、生物統計学の非常勤上級研究員、 タスマニア大学
この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.
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