إذا كنت تكتب إلى صديق مراسلة فضائي في مجرة بعيدة ، كيف تصف الحياة على الأرض؟ هل تصف نفسك؟ كلبك؟ ربما الطيور أو الأسماك أو الأفاعي؟ الكوكب يعج بالتنوع ، ولكن أيهما سيكون أكثر تمثيلاً؟
وفقًا لدراسة جديدة ، سيكون من الأفضل لك وصف شيء أخضر.
معظم الحياة لا تشبهني أو تشبهك - أو حتى فيدو. وجد إحصاء حديث لجميع الكائنات الحية أن النباتات هي الأكثر شيوعًا ، على الأقل من حيث الكتلة. يزنون حوالي 83 في المائة من الإجمالي. إذن ما مقدار مساهمة أشكال الحياة الأخرى؟ وأين يتلاءم البشر؟ الجواب معقد بعض الشيء. كما أنه يعتمد على كيفية قياسك.
على مر السنين ، أجرى العلماء في جميع أنحاء العالم دراسات استقصائية للأنواع الفردية والنظم البيئية. ومع ذلك ، لم يقم أحد بمسح كل أشكال الحياة على الأرض مرة واحدة ، كما يشير رون ميلو. إنه عالم أحياء في معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت بإسرائيل. قرر ميلو وطالبه الخريج ينون بار أون معالجة أول حصيلة شاملة.
من المحتمل أن يبلغ إجمالي كتلة الحياة على الأرض حوالي 550 جيجا طن من الكربون ، حسب تقديرات دراسة جديدة.
سيكون من المستحيل عد كل شجرة وفأر وبكتيريا. بدلاً من ذلك ، استخدم الباحثون الرياضيات والإحصاءات لتخمينهم عن مقدار الحياة الموجودة هناك. لقد بدأوا ببيانات من العديد من الدراسات الفردية في مناطق مختلفة من العالم. ثم فكروا في مدى تشابه المناطق الأخرى من العالم - الأماكن التي لم يتم مسحها بالتفصيل. بناءً على هذه البيانات ، قدّر ميلو وبار أون كتلة كل أشكال الحياة على الأرض.
نظر باحثون آخرون في أجزاء أصغر من هذا اللغز. لقد درسوا أيضًا كيف يتلاءم البشر. واتضح أن البشر هم بالتأكيد أقلية ، على الأقل من حيث الوزن. ومع ذلك فهي بالكاد غير مهمة. في القرون الأخيرة على وجه الخصوص ، لعب الناس دورًا رئيسيًا في تغيير توازن الأنواع الأخرى. وقد فعلوا ذلك على نطاق كوكبي.
بالأرقام
كيف تحصي كل الكائنات الحية على الأرض؟ يمكنك محاولة عد الأفراد. أو يمكنك حساب عدد الأنواع الموجودة. لكن ميلو وبار أون اختاروا التركيز على الكتلة الحيوية الحية لكوكب الأرض .
الكتلة الحيوية هي في الأساس وزن الكائنات الحية. نظرًا لأن الكربون هو مكون رئيسي في الجزيئات التي تتكون منها الكائنات الحية ، فغالبًا ما يتم قياس الكتلة الحيوية من حيث هذا الكربون. عندما تتحدث عن الكثير من الكائنات الحية في وقت واحد ، فقد تضيف كتلتها الحيوية ما يصل إلى جيجا طن من الكربون. واحد جيجا طن يعادل وزن حوالي 73.5 مليون تحميل الحافلات المدرسية.
يمكن أن يكون التفكير في الكتلة الحيوية مفيدًا بشكل خاص عند مقارنة الأنواع ذات الأحجام المختلفة. بعد كل شيء ، شجرة واحدة قد يكون لها تأثير أكبر على البيئة المحلية من 1000 بق تعيش في فروعها.
تقدر الدراسة الجديدة أن الكتلة الإجمالية للحياة على الأرض حوالي 550 جيجا طن من الكربون. وصف ميلو وبار أون كيف وصلوا إلى هذا المجموع في 19 يونيو الماضي في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
بالنظر إلى الدراسات السابقة التي أجراها باحثون آخرون ، حدد ميلو وبار أون أنماطًا معينة. كانت هناك علاقات رياضية بين الكتلة الحيوية في النظام البيئي وعوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة والمناخ. باستخدام هذه الأنماط ، يمكن للباحثين تقدير الكتلة الحيوية في الأماكن التي لم يدرسها أحد.
ووجدوا أن الثدييات تشكل فقط 0.167 جيجا طن من الإجمالي. هذا يمثل تقريبًا واحدًا على اثني عشر كتلة جميع الحيوانات. تشكل الماشية - معظمها من الأبقار والخنازير - غالبية ذلك. تشكل الثدييات البرية ، من الفيلة والثعالب إلى الفئران والغزلان ، حوالي 4 في المائة فقط من إجمالي الكتلة الحيوية للثدييات.
أثرت الزراعة على توازن الحياة على الأرض بطرق أخرى أيضًا. يزن الدجاج المربى للحوم والبيض حوالي 0.005 جيجا طن. وهذا يمثل حوالي ثلاثة أضعاف الكتلة الحيوية لجميع الطيور البرية.
بالنسبة للبشر ، هناك حوالي 7.6 مليار منا على الأرض. معًا ، نزن ما يقدر بنحو 0.06 جيجا طن من الكربون. قد يبدو ذلك كثيرًا. ومع ذلك فهي تساوي تقريبًا كتلة النمل الأبيض الموجود على الأرض. إذا جمعت جميع المفصليات - الحشرات والعناكب والقشريات وغيرها من الأشياء ذات الأصداف الخارجية الصلبة - فإنها تشكل حوالي 60 في المائة من الكتلة الحيوية للمملكة الحيوانية. هذا 1.2 غيغا طن والكثير من الأرجل!
قاعدة الميكروبات
تغطي المياه ما يقرب من ثلاثة أرباع الكرة الأرضية. ومع ذلك ، وجد البحث الجديد أن 86 بالمائة من الأشخاص يفضلون العيش على الأرض.
بالنسبة للأنواع التي لا تحب العيش فوق السطح ، هناك الكثير من العقارات أدناه. وجد العلماء أن هناك ما يقرب من 12 مرة من الكتلة الحيوية الموجودة في عمق الأرض أكثر مما يوجد في المحيط. معظم هذا هو الميكروبات.
تعد طبقات المياه الجوفية - المسطحات المائية المدفونة - موطنًا للعديد من هذه المجتمعات الجوفية الكبيرة من الميكروبات. معًا ، غالبًا ما تسمى هذه النظم البيئية تحت الأرض بالمحيط الحيوي العميق (أو منطقة المعيشة).
يقول شون مكماهون:"إن المحيط الحيوي العميق هو جزء أساسي من الحياة على الأرض" ، على الأقل بالكتلة. يعمل في جامعة إدنبرة في اسكتلندا. بصفته عالمًا جيولوجيًا ، يدرس كيفية تفاعل الكائنات الحية مع بيئتها. يركز مكماهون على المحيط الحيوي العميق.
يقول:"إنها حدود استكشاف لا نعرف عنها إلا القليل". ويضيف:"إنها تثير باستمرار المفاجآت". وتشمل هذه الأنواع الجديدة من الميكروبات والطرق الجديدة التي تتفاعل بها الميكروبات مع المعادن. مع وجود القليل من الأكسجين وقلة العناصر الغذائية في الأعماق ، تميل الحياة هناك إلى النمو ببطء. لكن هذا يعني أيضًا أن الأفراد يمكنهم العيش لفترة طويلة جدًا.
(في الواقع ، ربما تعيش أقدم الميكروبات على الأرض في المحيط الحيوي العميق تحت قاع المحيط. قد يكون عمر بعضها آلاف أو حتى ملايين السنين ، حسب تقديرات هانز روي من جامعة آرهوس في الدنمارك.)
الشرح:بدائيات النوى وحقيقيات النوى
يبلغ حجم الخلية البكتيرية حوالي عُشر حجم معظم الخلايا الحيوانية. ومع ذلك ، على الرغم من أن الميكروبات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها ، إلا أنها لا تزال تمتلك كتلة. وبالنظر إلى التجمعات الهائلة للميكروبات على الأرض ، فإن هذه الكتلة تتراكم. الكتلة الحيوية للبكتيريا أكبر من جميع الطيور والثدييات مجتمعة. وهذا ينطبق أيضًا على كل من ممالك الحياة المجهرية الأخرى:الأركيا (Ar-KEE-uh) والطلائعيات. إنه صحيح حتى بالنسبة للفيروسات.
يقول مكماهون:"لم تحكم الديناصورات الأرض أبدًا - لقد كانت بكتيريا طوال الوقت".
بطبيعة الحال ، يصعب إحصاء هذه الكائنات الصغيرة. معظم الاستطلاعات تقدر أعدادهم فقط. لحساب كتلتها الحيوية ، يضرب الباحثون عدد الخلايا في الوزن المحتمل لكل خلية (بناءً على حجمها).
يلاحظ بارني ويتمان أن أفكار العلماء حول متوسط حجم الخلية قد تغيرت على مر السنين. هذا يجعل الأمور معقدة. ويتمان عالم الأحياء الدقيقة بجامعة جورجيا في أثينا.
يقول:"في أواخر التسعينيات ، كانت معظم تقديرات حجم الخلية أكبر بنحو أربعة أو خمسة أضعاف مما هي عليه الآن". "منذ ذلك الحين ، اكتشف الناس أعدادًا كبيرة من الخلايا الصغيرة جدًا." لذلك اضطر علماء الأحياء إلى تعديل تعداد كتلهم الحيوية لحساب البكتيريا الأصغر.
هذا النوع من عدم اليقين هو جزء مهم من أي دراسة. نادرًا ما يكون العلم مؤكدًا. بدلاً من ذلك ، يحاول الباحثون التعبير عن مدى معرفتهم بشيء ما ، أو إلى أي مدى قد يكون الرقم أكبر أو أصغر. غالبًا ما يعكس عدم اليقين هذا مدى صعوبة قياس شيء ما. على سبيل المثال ، لا يعرف العلماء بالضبط حجم الميكروبات الكبيرة ، والعديد منها مختبئ تحت الأرض. من الأسهل العثور على النباتات وقياسها ، لذا فإن كتلتها الحيوية أقل شكًا.
في النهاية ، يجادل ويتمان ، أن النتائج الإجمالية حول الكتلة الحيوية للأرض أكثر أهمية من التفاصيل. حتى لو لم يتمكن العلماء من التأكد تمامًا من عدد الكائنات وحيدة الخلية الموجودة ، فإنهم ما زالوا يعرفون أن البكتيريا تفوق كثيرًا أي حيوان.
تدخل بشري
فيما يلي تمثيل للكتلة الحيوية النسبية للحياة حسب الأنواع العامة. بالنسبة للثدييات (الكرة الحمراء) ، انقر لترى الكتل النسبية حسب الأنواع الفرعية (مثل البشر).
الجرافيك:L. Steenblik Hwang؛ البيانات:Y.M. بار أون وآخرون / PNAS 2018
البشر المعاصرون موجودون منذ حوالي 300000 سنة فقط. هذا مجرد ومضة في التاريخ الجيولوجي. ومع ذلك ، فقد تركنا بصماتنا على هذا الكوكب. لقد غيّرنا تضاريس الأرض وكيمياءها. لقد أثرنا أيضًا في التنوع والوفرة والكتلة الحيوية للعديد من الأنواع الأخرى.
على سبيل المثال ، منذ ما بين 15000 و 10000 عام ، مات نصف أنواع الثدييات الكبيرة على الأرض. (تعني كلمة "كبيرة" في هذه الحالة الثدييات التي يزيد وزنها عن 45 كيلوغرامًا ، أو 100 رطل). ويبدو أن الأنشطة البشرية ، مثل الصيد أو تدمير الموائل ، قد أدت إلى حد كبير إلى هذا الانقراض. هذا ما خلصت إليه دراسة عام 2014 على الأقل. أجرى الدراسة كريستوفر ساندوم وزملاؤه في جامعة آرهوس في الدنمارك.
يقدر ميلو وبار أون الآن أنه على مدار تاريخ البشرية ، اختفت 90 في المائة من الكتلة الحيوية الحيوانية.
تعرضت المملكة النباتية لضربة مماثلة. انخفضت كتلته بمقدار النصف منذ أن بدأ البشر يتجولون على الكوكب. وتشكل المحاصيل التي يزرعها الناس 2 في المائة فقط من المساحات الخضراء اليوم. بعبارة أخرى ، لم نقم باستبدال النباتات التي أزلناها بالكامل لإفساح المجال أمام المزارع وتوسيع المدن.
يقول العلماء:خط العرض وخط الطول
مع تغير المناخ ، سيستمر العدد الإجمالي للحياة النباتية على الأرض في الانخفاض ، وفقًا لبحث أجراه توم كروثر. إنه عالم بيئة في ETH Zurich ، إحدى الجامعات في سويسرا. لقد كان يدرس كيف ستتغير الحياة النباتية على كوكبنا في المستقبل.
اليوم ، تنمو 43 في المائة من أشجار الأرض في المناطق الاستوائية. هذه هي المنطقة الدافئة القريبة من خط الاستواء. يستمر موسم نموها طوال العام ، وهو ما يفسر إلى حد كبير سبب نمو النباتات هناك بشكل أكثر كثافة مما هو عليه في خطوط العرض الأعلى . (يقيس خط العرض مدى بُعد المكان عن خط الاستواء. المواقع ذات خطوط العرض العالية أقرب إلى القطبين ، مثل سيبيريا أو شمال ألاسكا.)
لكن تغير المناخ الذي يسببه الإنسان أدى إلى ارتفاع درجة حرارة خطوط العرض العليا بشكل أسرع من بقية الكوكب. هذا صحيح بشكل خاص في القطب الشمالي. نتيجة لذلك ، يمكن أن تتحرك المزيد من النباتات وتنمو هناك ، كما يقول كروثر. لذلك سيزداد إجمالي مساحة الغابات في العالم.
ومع ذلك ، فإن تغير المناخ وخفض المساحات الخضراء في المواقع الاستوائية جعل بعض هذه المواقع أكثر جفافاً. يقول كروثر:"الأشجار لا تحب ذلك". لذا ، حتى لو كانت المزيد من الأراضي دافئة بدرجة كافية لدعم الأشجار ، فإنه يتوقع سقوط إجمالي الكتلة الحيوية للأشجار. كم الثمن؟ ابقوا متابعين. يعمل Crowther على بعض الحسابات في الوقت الحالي. على أي حال ، من المحتمل أن تظل النباتات مهيمنة على الحياة على الأرض. لكن قد يبدو الكوكب الحي مختلفًا تمامًا.
أسئلة الفصل الدراسي
بحلول عام 2050 ، قد تستضيف الأرض 9.7 مليار شخص. بحلول ذلك الوقت ، لن تفوق الكتلة الحيوية البشرية لدينا البكتيريا. لكن التوازن بين الحيوانات والنباتات قد يستمر في التحول بحيث يكون لدينا المزيد من الماشية والمحاصيل وحتى عدد أقل من الحيوانات البرية. هذا يعني أن التنوع البيولوجي للأرض - تنوع الحياة - سوف يتقلص. ويمكن أن يكون ذلك ضارًا بصحة الموائل. إذا استمرت الاتجاهات ، فسيكون هناك عدد أقل من أشكال الحياة لتكتب صديقك بالمراسلة عنها.
تعد دراسات الكتلة الحيوية مثل هذه إحدى الطرق لإسقاط الشكل الذي قد يبدو عليه المستقبل ، ومدى سرعة حدوث التغييرات الرئيسية في الأنواع أو النظم البيئية. كما أنها تساعدنا في فهم الدور الذي يلعبه الأشخاص في هذه التغييرات. يمكن أن يساعدنا ذلك في معرفة الكائنات الحية (الكبيرة أو الصغيرة) التي تحتاج إلى حماية أكثر.
