Bạn đã bao giờ thắc mắc về nhiệt độ tối ưu cho sự sống trên Trái đất chưa? Đối với con người, 20°C là thoải mái. Ấm hơn chút nữa và chúng ta làm việc kém hiệu quả hơn vì tỏa nhiệt cần có năng lượng.
Chúng ta biết nhiều loài có thể sống ở nhiệt độ lạnh hơn hoặc ấm hơn nhiều so với con người. Nhưng của chúng tôi đánh giá hệ thống của nghiên cứu được công bố cho thấy phạm vi nhiệt độ của động vật, thực vật và vi khuẩn sống trong không khí và nước trùng nhau ở 20°C. Đây có thể là một sự trùng hợp ngẫu nhiên?
Đối với tất cả các loài, mối quan hệ với nhiệt độ là một đường cong hình chuông không đối xứng. Điều này có nghĩa là các quá trình sinh học tăng theo nhiệt độ, đạt mức tối đa và sau đó giảm nhanh chóng khi trời quá nóng.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu ở New Zealand nhận thấy số lượng loài sinh vật biển không đạt cực đại ở xích đạo, như người ta thường giả định. Đúng hơn là con số này đã giảm xuống và đạt đỉnh điểm ở vùng cận nhiệt đới.
Theo dõi nghiên cứu cho thấy vết lõm này ngày càng sâu hơn kể từ kỷ băng hà cuối cùng khoảng 20,000 năm trước. Và nó đã sâu hơn nhanh hơn do sự nóng lên của đại dương toàn cầu.
Khi số lượng loài được vẽ theo nhiệt độ trung bình hàng năm, nhiệt độ đã giảm trên 20°C. Sự trùng hợp thứ hai?
Các quá trình sinh học và đa dạng sinh học
Nghiên cứu ở Tasmania mô hình hóa tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn và sinh vật đa bào và nhận thấy nhiệt độ ổn định nhất cho quá trình sinh học của chúng cũng là 20°C.
“Mô hình Corkrey” này được xây dựng trên các nghiên cứu khác cho thấy 20°C là nhiệt độ ổn định nhất đối với các phân tử sinh học. Sự trùng hợp thứ ba?
Chúng tôi hợp tác với các đồng nghiệp đến từ Canada, Scotland, Đức, Hồng Kông và Đài Loan để tìm kiếm các mô hình chung về mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến cuộc sống. Thật ngạc nhiên, ở mọi nơi chúng tôi xem xét, chúng tôi liên tục phát hiện ra rằng, thực sự, 20°C là nhiệt độ then chốt đối với nhiều thước đo về đa dạng sinh học, và không chỉ đối với các loài sinh vật biển.
Các ví dụ cho thấy nhiệt độ ấm hơn khoảng 20°C dẫn đến giảm các chỉ số quan trọng khác nhau:
-
khả năng chịu đựng lượng oxy thấp của các loài sinh vật biển và nước ngọt
-
năng suất tảo biển (sống ở vùng nước mở) và sinh vật đáy (sống dưới đáy biển) và tỷ lệ cá ăn mồi
-
sự phong phú về loài trên toàn cầu ở các loài cá nổi, sinh vật phù du, động vật không xương sống ở đáy và động vật thân mềm hóa thạch
-
và đa dạng di truyền.
Sự tuyệt chủng cũng gia tăng trong hồ sơ hóa thạch khi nhiệt độ vượt quá 20°C.
Tăng sự phong phú về loài
Trên toàn cầu, phạm vi nhiệt độ mà các loài cá rạn san hô và động vật không xương sống sinh sống là hẹp nhất trong số các loài có phân bố địa lý tập trung ở 20°C. Hiệu ứng tương tự cũng được thấy ở vi khuẩn.
Trong khi nhiều loài đã tiến hóa để sống ở nhiệt độ ấm hơn và lạnh hơn thì hầu hết các loài đều sống ở nhiệt độ 20°C. Ngoài ra, sự tuyệt chủng trong hồ sơ hóa thạch – bao gồm bọt biển, vỏ đèn, động vật thân mềm, thảm biển (động vật giáp xác), sao biển và nhím biển, giun và động vật giáp xác – thấp hơn ở 20°C.
Khi các loài tiến hóa để sống ở nhiệt độ trên và dưới 20°C, hốc nhiệt của chúng sẽ rộng hơn. Điều này có nghĩa là hầu hết vẫn có thể sống ở nhiệt độ 20°C ngay cả khi chúng sống ở những nơi nóng hơn hoặc lạnh hơn.
Mô hình toán học Corkrey dự đoán rằng độ rộng nhiệt sẽ được giảm thiểu và các quá trình sinh học sẽ ổn định và hiệu quả nhất ở nhiệt độ 20°C. Đổi lại, điều này sẽ tối đa hóa sự phong phú về loài trên tất cả các lĩnh vực của đời sống, từ vi khuẩn đến thực vật và động vật đa bào. Do đó, mô hình này đưa ra lời giải thích lý thuyết cho “hiệu ứng 20°C” này.
Dự đoán tác động của biến đổi khí hậu
Sự sống dường như tập trung vào khoảng 20°C hàm ý những hạn chế cơ bản làm ảnh hưởng đến khả năng thích ứng với nhiệt độ cao hơn của các loài nhiệt đới.
Miễn là các loài có thể thay đổi phạm vi của chúng để thích ứng với sự nóng lên toàn cầu, hiệu ứng 20°C có nghĩa là sẽ có sự gia tăng cục bộ về độ phong phú của loài lên tới mức trung bình hàng năm là 20°C. Trên mức đó, sự giàu có sẽ giảm sút.
Điều này có nghĩa là nhiều loài sinh vật biển có thể thích ứng với sự nóng lên toàn cầu bằng cách thay đổi phân bố địa lý sẽ khó có thể bị tuyệt chủng do biến đổi khí hậu.
Tuy nhiên, các loài trên đất liền có thể không thể thay đổi sự phân bố địa lý của chúng một cách dễ dàng do cảnh quan bị thay đổi bởi các thành phố, nông nghiệp và cơ sở hạ tầng khác của con người.
Hiệu ứng 20°C là cách giải thích đơn giản nhất cho các hiện tượng trên, bao gồm: xu hướng phong phú về loài và đa dạng di truyền theo nhiệt độ; tỷ lệ tuyệt chủng trong hồ sơ hóa thạch; năng suất sinh học; tốc độ tăng trưởng tối ưu; và tỷ lệ săn mồi ở biển.
Bất chấp sự phức tạp của các loài đa tế bào, điều đáng chú ý là hiệu quả nhiệt độ ở cấp độ tế bào được phản ánh trong các khía cạnh khác của đa dạng sinh học.
Chính xác tại sao 20°C lại quan trọng và tiết kiệm năng lượng cho các quá trình của tế bào có thể là do tính chất phân tử của nước liên quan đến tế bào. Những đặc tính này cũng có thể là lý do tại sao ~42°C dường như là giới hạn tuyệt đối đối với hầu hết các loài.
Nhận thức rõ hơn về hiệu ứng 20°C này có thể dẫn đến những hiểu biết mới về cách nhiệt độ kiểm soát các quá trình của hệ sinh thái, sự phong phú và phân bố của các loài cũng như sự tiến hóa của sự sống.
Mark John Costello, Giáo sư, Khoa Khoa học Sinh học và Nuôi trồng Thủy sản, Đại học Nord và Ross Corkrey, Nhà nghiên cứu cấp cao phụ trợ về Thống kê sinh học, Đại học Tasmania
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
Sách về Môi trường từ danh sách Bán chạy nhất của Amazon
"Mùa xuân im lặng"
bởi Rachel Carson
Cuốn sách kinh điển này là một bước ngoặt trong lịch sử của chủ nghĩa môi trường, thu hút sự chú ý đến tác hại của thuốc trừ sâu và tác động của chúng đối với thế giới tự nhiên. Công việc của Carson đã giúp truyền cảm hứng cho phong trào môi trường hiện đại và vẫn còn phù hợp cho đến ngày nay, khi chúng ta tiếp tục vật lộn với những thách thức về sức khỏe môi trường.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
"Trái đất không thể ở được: Cuộc sống sau khi nóng lên"
của David Wallace-Wells
Trong cuốn sách này, David Wallace-Wells đưa ra lời cảnh báo rõ ràng về tác động tàn phá của biến đổi khí hậu và nhu cầu cấp thiết phải giải quyết cuộc khủng hoảng toàn cầu này. Cuốn sách dựa trên nghiên cứu khoa học và các ví dụ thực tế để cung cấp một cái nhìn nghiêm túc về tương lai mà chúng ta phải đối mặt nếu chúng ta không hành động.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
"Cuộc sống ẩn giấu của cây cối: Chúng cảm thấy gì, chúng giao tiếp như thế nào? Những khám phá từ một thế giới bí mật"
bởi Peter Wohlleben
Trong cuốn sách này, Peter Wohlleben khám phá thế giới kỳ thú của cây cối và vai trò của chúng trong hệ sinh thái. Cuốn sách dựa trên nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm của chính Wohlleben với tư cách là người đi rừng để cung cấp những hiểu biết sâu sắc về những cách thức phức tạp mà cây cối tương tác với nhau và với thế giới tự nhiên.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
"Ngôi nhà của chúng ta đang bốc cháy: Cảnh một gia đình và một hành tinh đang gặp khủng hoảng"
của Greta Thunberg, Svante Thunberg và Malena Ernman
Trong cuốn sách này, nhà hoạt động khí hậu Greta Thunberg và gia đình cô kể lại hành trình của họ nhằm nâng cao nhận thức về nhu cầu cấp thiết phải giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu. Cuốn sách cung cấp một tài khoản mạnh mẽ và cảm động về những thách thức chúng ta phải đối mặt và sự cần thiết phải hành động.
Bấm để biết thêm thông tin hoặc đặt hàng
"Sự tuyệt chủng thứ sáu: Một lịch sử không tự nhiên"
của Elizabeth Kolbert
Trong cuốn sách này, Elizabeth Kolbert khám phá sự tuyệt chủng hàng loạt đang diễn ra của các loài do hoạt động của con người, dựa trên nghiên cứu khoa học và các ví dụ thực tế để cung cấp một cái nhìn nghiêm túc về tác động của hoạt động của con người đối với thế giới tự nhiên. Cuốn sách đưa ra lời kêu gọi hành động thuyết phục để bảo vệ sự đa dạng của sự sống trên Trái đất.
