Liczba gatunków na planecie, lub w jakimkolwiek obszarze geograficznym, jest wynikiem równowagi dwóch procesów ewolucyjnych, które trwają nieprzerwanie: specjacji i wymierania. Oba są naturalnymi procesami „narodzin” i „śmierci” w makroewolucji. Kiedy tempo specjacji zaczyna przewyższać tempo wymierania, liczba gatunków wzrasta; podobnie, liczba gatunków maleje, kiedy tempo wymierania zaczyna przewyższać tempo specjacji. W całej historii Ziemi te dwa procesy ulegały wahaniom – czasami prowadziły do dramatycznych zmian w liczbie gatunków na Ziemi, co odzwierciedla zapis kopalny (rysunek 1).

Figura 1. Procent wymierania, odzwierciedlony w zapisie kopalnym, zmieniał się w całej historii Ziemi. Nagłe i dramatyczne straty bioróżnorodności, zwane masowymi wymieraniami, miały miejsce pięć razy.

Paleontolodzy zidentyfikowali pięć warstw w zapisie kopalnym, które wydają się pokazywać nagłe i dramatyczne (większe niż połowa wszystkich wymarłych gatunków znikających z zapisu kopalnego) straty bioróżnorodności. Są one nazywane masowymi wymieraniami. Istnieje wiele mniejszych, ale wciąż dramatycznych wymierań, ale to właśnie pięć masowych wymierań przyciągnęło najwięcej badań. Można argumentować, że pięć masowych wymierań to tylko pięć najbardziej ekstremalnych wydarzeń w nieprzerwanej serii wielkich wymierań w całym fanerozoiku (od 542 milionów lat temu). W większości przypadków hipotezowane przyczyny są nadal kontrowersyjne; jednak ostatnie wydarzenie wydaje się jasne.

Zapisane masowe wymierania

Zapis kopalny masowych wymierań był podstawą do zdefiniowania okresów historii geologicznej, więc zazwyczaj występują one w punkcie przejściowym między okresami geologicznymi. Przejście w skamieniałościach z jednego okresu do drugiego odzwierciedla dramatyczną utratę gatunków i stopniowe powstawanie nowych gatunków. Przejścia te można zaobserwować w warstwach skalnych. Tabela 1 zawiera dane dotyczące pięciu masowych wymierań.

Wydarzenie wymierania ordowicko-syluryjskiego jest pierwszym zarejestrowanym masowym wymieraniem i drugim co do wielkości. W tym okresie wyginęło ok. 85% gatunków morskich (niewiele gatunków żyło poza oceanami). Główną hipotezą na temat jego przyczyny jest okres zlodowacenia, a następnie ocieplenia. W rzeczywistości to wymieranie składa się z dwóch wymierań oddzielonych od siebie o około 1 milion lat. Pierwsze zdarzenie było spowodowane ochłodzeniem, a drugie późniejszym ociepleniem. Zmiany klimatyczne wpłynęły na temperatury i poziom mórz. Niektórzy badacze sugerują, że wybuch promieniowania gamma, spowodowany przez pobliską supernową, był możliwą przyczyną wymierania ordowicko-syluryjskiego. Wybuch promieniowania gamma pozbawiłby Ziemię ochronnej warstwy ozonowej, umożliwiając dotarcie intensywnego promieniowania ultrafioletowego ze Słońca do powierzchni Ziemi – co może tłumaczyć zaobserwowane wówczas zmiany klimatyczne. Hipoteza ta jest bardzo spekulatywna, a pozaziemskie wpływy na historię Ziemi są aktywnym kierunkiem badań. Odzyskiwanie bioróżnorodności po masowym wymieraniu trwało od 5 do 20 milionów lat, w zależności od lokalizacji.

Późne wymieranie dewońskie mogło nastąpić w stosunkowo długim okresie czasu. Wydaje się, że dotyczyło ono głównie gatunków morskich, a nie tak bardzo roślin i zwierząt zamieszkujących siedliska lądowe. Przyczyny tego wymierania są słabo poznane.

Wyginięcie z końca permu było największym w historii życia. Rzeczywiście, argument można zrobić, że Ziemia stała się prawie pozbawiona życia podczas tego wydarzenia wymierania. Szacuje się, że 96 procent wszystkich gatunków morskich i 70 procent wszystkich gatunków lądowych zostało utraconych. To właśnie w tym czasie wyginęły na przykład trylobity, grupa, która przetrwała wymieranie ordowicko-siluryjskie. Przyczyny tego masowego wymierania nie są jasne, ale głównym podejrzanym jest rozszerzona i powszechna aktywność wulkaniczna, która doprowadziła do gwałtownego globalnego ocieplenia. Oceany stały się w dużej mierze anoksyczne, dusząc życie morskie. Różnorodność lądowych tetrapodów potrzebowała 30 milionów lat, by odbudować się po wymieraniu permskim. Wymieranie permskie dramatycznie zmieniło makijaż różnorodności biologicznej Ziemi i przebieg ewolucji.

Przyczyny wymierania triasowo-jurajskiego nie są jasne, a naukowcy argumentują hipotezy zmianami klimatycznymi, uderzeniami asteroid i erupcjami wulkanicznymi. Wymieranie nastąpiło tuż przed rozpadem superkontynentu Pangaea, choć ostatnie badania sugerują, że wymierania mogły następować bardziej stopniowo w całym triasie.

Przyczyny wymierania z końca kredy są tymi, które są najlepiej poznane. To właśnie podczas tego wymierania, około 65 milionów lat temu, większość dinozaurów, dominującej grupy kręgowców przez miliony lat, zniknęła z naszej planety (z wyjątkiem kladu teropodów, które dały początek ptakom).

Przyczyna tego wymierania jest obecnie rozumiana jako wynik kataklizmicznego uderzenia dużego meteorytu lub asteroidy u wybrzeży dzisiejszego półwyspu Jukatan. Hipoteza ta, zaproponowana po raz pierwszy w 1980 roku, była radykalnym wyjaśnieniem opartym na gwałtownym skoku poziomu irydu (który dostaje się do naszej atmosfery z meteorów w dość stałym tempie, ale poza tym jest nieobecny na powierzchni Ziemi) w warstwie skalnej, która wyznacza granicę między okresami kredy i paleogenu (rys. 2). Granica ta wyznacza zniknięcie dinozaurów w skamieniałościach, jak również wielu innych taksonów. Badacze, którzy odkryli irydowy pik, zinterpretowali go jako gwałtowny napływ irydu z kosmosu do atmosfery (w postaci dużej asteroidy), a nie spowolnienie osadzania się osadów w tym okresie. Było to radykalne wyjaśnienie, ale raport o odpowiednio starym i dużym kraterze uderzeniowym z 1991 roku uczynił tę hipotezę bardziej wiarygodną. Obecnie liczne dowody geologiczne wspierają tę teorię. Czasy odzyskiwania bioróżnorodności po wymieraniu końca kredy są krótsze, w czasie geologicznym, niż dla wymierania końca permu, rzędu 10 milionów lat.

Inna możliwość, być może zbieżna z wpływem asteroidy Jukatan, był rozległy wulkanizm, który rozpoczął formowanie około 66 milionów lat temu, o tym samym czasie co wpływ asteroidy Jukatan, pod koniec kredy. Strumienie lawy pokrywały ponad 50 procent powierzchni dzisiejszych Indii. Uwolnienie gazów wulkanicznych, zwłaszcza dwutlenku siarki, podczas tworzenia pułapek przyczyniło się do zmian klimatycznych, które mogły wywołać masowe wymieranie.

Practice Question

Rysunek 2. Pasmo irydu (kredyt: USGS)

W 1980 roku Luis i Walter Alvarez, Frank Asaro i Helen Michels odkryli, na całym świecie, skok w koncentracji irydu w warstwie osadowej na granicy K-Pg. Badacze ci wysunęli hipotezę, że ten skok stężenia irydu został spowodowany przez uderzenie asteroidy, które doprowadziło do masowego wymierania w okresie K-Pg. Na Rysunku 2, warstwa irydu jest jasnym pasmem.

Naukowcy zmierzyli względną obfitość zarodników paproci powyżej i poniżej granicy K-Pg w tej próbce skały. Które z poniższych stwierdzeń najprawdopodobniej przedstawia ich wyniki?

1. Obfitość zarodników paproci kilku gatunków znaleziono poniżej granicy K-Pg, ale żadnego nie znaleziono powyżej.
2. Obfitość zarodników paproci kilku gatunków znaleziono powyżej granicy K-Pg, ale żadnego nie znaleziono poniżej.
3. Obfitość zarodników paproci znaleziono zarówno powyżej, jak i poniżej granicy K-Pg, ale tylko jeden gatunek znaleziono poniżej granicy, a wiele gatunków znaleziono powyżej granicy.
4. Wiele gatunków zarodników paproci znaleziono zarówno powyżej, jak i poniżej granicy, ale całkowita liczba zarodników była większa poniżej granicy.

Show Answer

Podpowiedź a: Obfitość zarodników paproci kilku gatunków znaleziono poniżej granicy K-Pg, ale żadnego nie znaleziono powyżej.

Wyginięcie plejstoceńskie

Wyginięcie plejstoceńskie jest jednym z mniejszych wymierań, i to niedawnym. Dobrze wiadomo, że północnoamerykańska i w pewnym stopniu euroazjatycka megafauna – duże zwierzęta kręgowe – zniknęła pod koniec okresu ostatniego zlodowacenia. Wydaje się, że wymieranie nastąpiło w stosunkowo ograniczonym przedziale czasowym 10 000-12 000 lat temu. W Ameryce Północnej straty były dość dramatyczne i objęły mamuty wełniste (z populacją istniejącą do około 4000 lat temu w izolacji na Wyspie Wrangla w Kanadzie), mastodonta, bobry olbrzymie, leniwce olbrzymie, koty szablozębne i wielbłąda północnoamerykańskiego, by wymienić tylko kilka z nich. We wczesnych latach 1900 naukowcy po raz pierwszy zasugerowali możliwość, że nadmierne polowania spowodowały szybkie wyginięcie tych wielkich zwierząt. Badania nad tą hipotezą trwają do dziś.

Ogólnie, czas plejstoceńskich wymierań korelował z przybyciem paleo-ludzi, być może aż 40 000 lat temu, a nie z wydarzeniami związanymi ze zmianami klimatycznymi, co jest główną konkurencyjną hipotezą dla tych wymierań. Wymieranie rozpoczęło się w Australii około 40.000 do 50.000 lat temu, zaraz po przybyciu ludzi na te tereny: zniknął lew marsupialny, gigantyczny, jednotonowy wombat i kilka gatunków olbrzymich kangurów. W Ameryce Północnej wymarcie prawie wszystkich dużych ssaków nastąpiło 10 000-12 000 lat temu. Pozostały tylko mniejsze ssaki, takie jak niedźwiedzie, łosie, łosie i kuguary. Wreszcie, na wielu odległych wyspach oceanicznych, wymieranie wielu gatunków nastąpiło przypadkowo wraz z przybyciem ludzi. Nie na wszystkich wyspach występowały duże zwierzęta, ale jeśli były to duże zwierzęta, często były zmuszane do wyginięcia. Madagaskar został skolonizowany około 2000 lat temu i duże ssaki, które tam żyły, wyginęły. Eurazja i Afryka nie wykazują tego wzorca, ale też nie doświadczyły niedawnego przybycia łowców-zbieraczy. Ludzie pojawili się raczej w Eurazji setki tysięcy lat temu. Temat ten pozostaje obszarem aktywnych badań i hipotez. Wydaje się jasne, że nawet jeśli klimat odegrał jakąś rolę, w większości przypadków wyginięcia poprzedzone były polowaniami człowieka.

Wyginięcia w czasie teraźniejszym

Szóste, lub holoceńskie, masowe wymieranie wydaje się rozpoczynać wcześniej niż wcześniej sądzono i w dużej mierze spowodowane jest destrukcyjną działalnością współczesnego Homo sapiens. Od początku okresu holoceńskiego, istnieje wiele ostatnich wymierań poszczególnych gatunków, które są odnotowane w ludzkich pismach. Większość z nich jest zbieżna z ekspansją kolonii europejskich od 1500 roku.

Jednym z wcześniejszych i popularnie znanych przykładów jest ptak dodo. Dziwne gołąb-jak ptak żył w lasach Mauritius (wyspa na Oceanie Indyjskim) i stał się wymarły około 1662. Żeglarze polowali na dodo dla jego mięsa, a był on łatwą zdobyczą, ponieważ podchodził do ludzi bez strachu (dodo nie ewoluował wraz z ludźmi). Świnie, szczury i psy przywiezione na wyspę przez europejskie statki również zabiły młode i jaja dodo.

Krowa morska Stellera wyginęła w 1768 roku; była spokrewniona z manatem i prawdopodobnie kiedyś żyła wzdłuż północno-zachodniego wybrzeża Ameryki Północnej. Krowa morska Stellera została po raz pierwszy odkryta przez Europejczyków w 1741 roku i była nadmiernie polowana na mięso i olej. Ostatnia krowa morska została zabita w 1768 roku. To daje zaledwie 27 lat pomiędzy pierwszym kontaktem krowy morskiej z Europejczykami a wyginięciem gatunku!

Od 1900 roku wyginęły różne gatunki, w tym następujące:

• W 1914 roku ostatni żyjący gołąb pocztowy zmarł w zoo w Cincinnati w stanie Ohio. Ten gatunek miał kiedyś zaciemnione niebo Ameryki Północnej podczas jego migracji, ale to był overhunted i cierpiał z powodu utraty siedliska, które wynikały z wycinki lasów dla gruntów rolnych.
• Carolina parakeet, kiedyś powszechne we wschodnich Stanach Zjednoczonych, wymarł w 1918 roku. Doznała utraty siedlisk i polowano na nią, aby zapobiec zjedzeniu owoców sadu. (Papużka jadła owoce sadów, ponieważ jej rodzima żywność została zniszczona, aby zrobić miejsce dla ziemi uprawnej.)
• Japoński lew morski, który zamieszkiwał szeroki obszar wokół Japonii i wybrzeża Korei, wyginął w latach 50. XX wieku z powodu rybaków.
• Karaibska foka mnicha była rozprowadzana po całym Morzu Karaibskim, ale została doprowadzona do wyginięcia przez polowania w 1952 roku.

To tylko kilka z zarejestrowanych wyginięć w ciągu ostatnich 500 lat. Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody (IUCN) prowadzi listę gatunków wymarłych i zagrożonych, zwaną Czerwoną Listą. Lista ta nie jest kompletna, ale opisuje 380 wymarłych gatunków kręgowców po 1500 r. n.e., z których 86 wymarło w wyniku nadmiernego polowania lub przełowienia.

Estimates of Present-Time Extinction Rates

Estimates of extinction rates are hampered by the fact that most extinctions are probably happening without observation. Wyginięcie ptaka lub ssaka prawdopodobnie zostanie zauważone przez ludzi, zwłaszcza jeśli polowano na niego lub wykorzystywano w inny sposób. Ale istnieje wiele organizmów, które są mniej interesujące dla ludzi (niekoniecznie o mniejszej wartości) i wiele, które są nieopisane.

Stopień wymierania tła jest szacowany na około jeden na milion gatunków rocznie (E/MSY). Na przykład, zakładając, że istnieje około dziesięciu milionów gatunków, oczekuje się, że dziesięć gatunków będzie wymierać każdego roku (każdy rok reprezentuje dziesięć milionów gatunków rocznie).

Jeden współczesny szacunek współczynnika wymierania wykorzystuje wymierania w zapisie od roku 1500. Dla samych ptaków metoda ta daje szacunkową wartość 26 E/MSY. Jednak wartość ta może być niedoszacowana z trzech powodów. Po pierwsze, wiele gatunków nie zostałoby opisanych aż do znacznie późniejszego okresu czasu, więc ich utrata pozostałaby niezauważona. Po drugie, liczba ostatnio wymarłych gatunków kręgowców wzrasta, ponieważ wymarłe gatunki są obecnie opisywane na podstawie szczątków szkieletowych. I po trzecie, niektóre gatunki prawdopodobnie już wymarły, mimo że obrońcy przyrody niechętnie określają je tym mianem. Uwzględnienie tych czynników podnosi szacowany współczynnik wymierania bliżej 100 E/MSY. Przewidywany wskaźnik do końca wieku wynosi 1500 E/MSY.

Rysunek 3. Badania wykazały, że liczba występujących gatunków wzrasta wraz z wielkością siedliska. (kredyt: modyfikacja pracy Adama B. Smitha)

Drugim podejściem do szacowania obecnych wskaźników wymierania jest skorelowanie utraty gatunków z utratą siedliska poprzez pomiar utraty powierzchni leśnej i zrozumienie relacji gatunek-powierzchnia. Zależność gatunek-powierzchnia to tempo, w jakim nowe gatunki są obserwowane, gdy zwiększa się badany obszar. Badania wykazały, że liczba występujących gatunków wzrasta wraz ze wzrostem wielkości wyspy. Zjawisko to okazało się również prawdziwe w innych siedliskach wyspopodobnych, takich jak górskie tepuis w Wenezueli, które są otoczone lasem tropikalnym. Odwracając tę zależność, jeśli zmniejszy się powierzchnia siedliska, zmniejszy się również liczba żyjących tam gatunków. Szacunki dotyczące tempa wymierania oparte na utracie siedlisk i relacji gatunek-powierzchnia sugerują, że przy utracie około 90 procent siedlisk wyginęłoby 50 procent gatunków. Szacunki dotyczące powierzchni gatunków doprowadziły do wyliczenia wskaźnika wymierania gatunków na poziomie około 1000 E/MSY i wyższym. Ogólnie rzecz biorąc, rzeczywiste obserwacje nie wykazują takiej wielkości strat i pojawiły się sugestie, że istnieje opóźnienie w wymieraniu. Ostatnie prace poddały również w wątpliwość możliwość zastosowania relacji gatunek-powierzchnia przy szacowaniu utraty gatunków. Praca ta dowodzi, że relacja gatunek-powierzchnia prowadzi do przeszacowania tempa wymierania. Lepszą relacją do wykorzystania może być relacja gatunek-obszar endemiczny. Zastosowanie tej metody obniżyłoby szacunki do około 500 E/MSY w nadchodzącym stuleciu. Zauważ, że ta wartość jest wciąż 500 razy większa od wskaźnika tła.

Przyczyń się!

Popraw tę stronęDowiedz się więcej