Studie: Biologická rozmanitost nemůže narůstat neomezeně

pondělí, 07 listopad 2022 14:18

Spolupráce předního makroekologa, mladého paleontologa a experta na statistiku přinesla pozoruhodný výsledek. V renomovaném časopise Science Advances vyšla před týdnem důležitá studie, jež ukazuje, že biologická rozmanitost Země je v řádu desítek miliónů let regulovaná díky zpětné vazbě mezi diverzitou na straně jedné, a vznikáním a zanikáním druhů na straně druhé – tudíž nemůže neomezeně růst. Na práci, která je cenná i z hlediska současných debat o krizi biodiverzity, pracovali vědci z Centra pro teoretická studia (CTS) a Přírodovědecké fakulty UK. Výzkum pro Forum komentuje jeden z autorů David Storch.

storch2
Profesor David Storch, vyfocený na dvorku CTS, se dlouhodobě zabývá biodiverzitou a patří k předním makroekologům. Foto: René Volfík, UK

„Ukázali jsme, že biologická rozmanitost je v dlouhých geologických časových měřítkách regulovaná, takže nemůže neomezeně narůstat. Když se totiž zvýší, v dalším kroku méně druhů vzniká a více se vymírá... To už se tušilo, ale my jsme ukázali, že tento regulační mechanismus je univerzální; najdeme jej u nejrůznějších skupin a ve všech geologických obdobích,“ řekl magazínu Forum profesor Storch, jenž působí jak v CTS, ve společném pracovišti Univerzity Karlovy a Akademie věd ČR, tak na Přírodovědecké fakultě UK. Kromě něj jsou pod článkem podepsáni postdoktorandi Valentin Rineau (coby první autor) a Jan Smyčka.

sciadv.2022.8.43Poodhalená tajemství života

Život asi vznikl skoro před čtyřmi miliardami let, zkameněliny, které nám poví více o jeho historii, máme však k dispozici jen z poslední doby 540 milionů let. Otázka, která odedávna trápila paleontology i ekology, byla, zda biologická rozmanitost za tu dobu trvale rostla, nebo zda existovaly nějaké její limity – dané omezenou kapacitou globálního ekosystému.

První analýzy naznačovaly, že během prvohor se počet taxonů (tedy skupin organismů s určitými společnými znaky) moc neměnil, ale po největším vymírání na přelomu prvohor a druhohor někdy před čtvrtmiliardou let diverzita trvale narůstala až do současnosti.

„Tato představa se v posledních dvou dekádách začala zpochybňovat s tím, že za zdánlivý nárůst může být zodpovědná prostá skutečnost, že čím blíže k přítomnosti, tím více máme o minulé rozmanitosti života více informací. Některé analýzy ukazovaly, že když se odstraní tyto artefakty, je biologická rozmanitost Země docela stabilní a existuje nějaký mechanismus, který ji reguluje. Otázkou zůstávalo, jak by takový mechanismus mohl fungovat a zda je univerzální,“ uvádí tisková zpráva PřF UK, jež představuje studii z časopisu Science Advances (s impakt faktorem 14,136).

Fig2Schránky dírkonošců na mořském dně vytvářejí vrstvy, z nichž lze vyčíst řadu klimatických údajů o dávné minulosti. Autor: Filip Scheiner

Valentin Rineau, Jan Smyčka a David Storch z CTS se proto rozhodli studovat, co má vliv na pozorované objevování se a zanikání taxonů ve fosilním záznamu. Analyzovali tedy dostupné časové řady fosílií devíti skupin mořských organismů (neboť jejich časové řady jsou mnohem kompletnější než ty suchozemské) a pomocí moderních statistických metod zjišťovali, zda za tyto změny jsou zodpovědné změny prostředí (třeba teploty a dostupnost zdrojů) či samotná diverzita. Soustředili se na to, zda vyšší biologická rozmanitost dané skupiny vede k nižší rychlosti objevování se nových taxonů nebo k vyšší rychlosti jejich zániku. To by totiž byl právě onen mechanismus regulace diverzity.

Fig4Ukázalo se, že vliv změn prostředí je velmi variabilní a specifický pro danou skupinu – některé typy organismů reagují na změny teploty, jiné na změny úživnosti prostředí a u dalších skupin je vznikání a mizení taxonů v časových řadách nezávislé na změnách prostředí. Naproti tomu vliv diverzity je prakticky univerzální – vyšší diverzita vede k nižší rychlosti vznikání nových druhů a k rychlejšímu vymírání. Díky tomu se celková biologická rozmanitost planety Země drží v určitých mezích – čím je vyšší, tím má větší pravděpodobnost, že v následujícím časovém intervalu se zase sníží.

Ponor do dávného světa fosilií

K takovým závěrům využili vědci nejmodernějších a sofistikovaných metod. Jak reálně taková práce rozličných specialistů ale vypadala? „Dlouhodobě se zaměřuji na dynamiku biodiverzity a na otázku, do jaké míry je biodiverzita omezená a stabilní, a co tuto stabilitu určuje. Ukázalo se nezbytné tyto otázky řešit na fosilním materiálu, poněvadž to je jediná možnost, jak studovat opravdu dlouhé časové řady biodiverzity v kontextu desítek milionů let. Sháněl jsem na to postdoktoranda, který by byl paleontologicky zaměřený, protože jsme věděli, že analyzovat velmi heterogenní fosilní data není jen tak,“ vysvětluje Storch.

Fig5
Foraminifera, pláž Balos, Kréta (Řecko). Foto: Šárka Danačíková, Marie Bulínová, Petr Jan Juračka (PřF UK)

Naštěstí se mu přihlásil Valentin Rineau z Paříže, jenž dle Storcha prokázal zcela mimořádné tvůrčí schopnosti: „Přestože předtím dělal klasickou paleontologii, ponořil se do nejnovějších analytických metod, osvojil si je a sám vše spočítal, jen trochu mu pomohl můj další postdok Jan Smyčka, který má obrovské zkušenosti se statistikou a programováním.“

storchScience Advances patří mezi prestižní časopisy, náleží jako open-access magazín pod skupinu AAAS, která vydává vůdčí vědecký titul Science. Hodně si vybírá, co nejen z oboru ekologie a makroekologie otiskne. Jak tedy článek vznikal? „Valentin napsal první verzi textu, to jsme s Honzou dále pilovali. Po recenzích jsme všichni intenzivně pracovali na revizích. Valentin Rineau tedy udělal většinu technické práce, strávil na tom půldruhého roku. Když jsme práci dodělali, přijali ho na Sorbonnu, kde nyní působí,“ vypráví profesor Storch, proč už je na článku psána korespondeční e-mailová adresa Sorbonny, mimo jiné partnera Univerzity Karlovy v alianci 4EU+.

Studie je navýsost aktuální

Trojice autorů pro svoji studii použila nejnovější analytické postupy, jež na rozdíl od tradičních statistických metod (jako jsou regresní techniky) dokáží vyjevit směr příčinných vztahů a odhalit nelineární efekty a zpoždění. Díky tomu ukázali, že zatímco vznik nových taxonů reaguje na změny diverzity hned v následujícím období, vymírání je často zpožděné až o několik miliónů let. To má dle nich dopad na porozumění potenciálním následkům nynější krize biodiverzity; je možné, že současné změny budou mít následky až po dlouhé době.

„A hlavně – pokud je biologická rozmanitost Země regulovaná omezeným množstvím zdrojů, které jsou pro organismy k dispozici, každé zmenšení této nabídky zdrojů nutně povede ke snížení rozmanitosti Země,“ uvádí komuniké. Lidská populace prý spotřebuje víc než čtvrtinu primární produkce ekosystémů (o ubírání plochy pro divokou přírodu nemluvě), takže jen stěží půjde na planetě udržet týž počet druhů, jako by tu byl bez přivlastňování zdrojů lidmi.

Fig6cut
Rozsivka Hantzschia zikmundiana, kterou objevila Marie Bulínová. Byla pojmenována po cestovateli Miroslavu Zikmundovi. Foto: Marie Bulínová

A co dalšího Storch s kolegy chystá? „Pořád řeším dynamiku biologické rozmanitosti na velkých prostorových a časových škálách. Snažím se budovat a testovat rovnovážnou teorii dynamiky biodiverzity, která by též byla schopná předpovídat, co se s biologickou rozmanitostí stane vlivem lidmi způsobených změn. Zajímá mě, kde a jak se ustalují rovnováhy biodiverzity a jak se tyto rovnovážné stavy mohou měnit vlivem člověka a dalších faktorů,“ líčí profesor David Storch z CTS a PřF UK.

Autor: Martin Rychlík, TZ PřF UK
Foto: CTS, René Volfík

Sdílejte článek: