Поверхность Земли — это живая кожа нашей планеты, она соединяет физические, химические и биологические системы. С течением геологического времени эта поверхность развивается. Реки разбивают ландшафт на экологически разнообразные среды обитания. Эти реки также переносят отложения с гор на континентальные равнины и, в конечном итоге, в океаны. Идея о том, что ландшафты повлияли на траекторию жизни на нашей планете, имеет долгую историю, восходящую к научным рассказам начала XIX века немецкого эрудита Александра фон Гумбольдта. Хотя с тех пор мы узнали больше, многие аспекты эволюции биоразнообразия остаются загадочными. Например, до сих пор неясно, почему между бурным развитием морской жизни и развитием растений на континентах существует разрыв в 100 миллионов лет. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, мы предлагаем новую теорию, которая связывает эволюцию биоразнообразия за последние 540 миллионов лет с «импульсами» отложений, контролируемыми ландшафтами прошлого.
Наши симуляции основаны на открытом исходном коде, опубликованном в рамках научной статьи, опубликованной ранее в этом году. Чтобы управлять эволюцией ландшафта в пространстве и времени в нашей компьютерной модели, мы использовали серию реконструкций того, какими были климат и тектоника в прошлом. Затем мы сравнили результаты нашего глобального моделирования с реконструкциями морского и континентального биоразнообразия за последние 540 миллионов лет. Для выполнения компьютерного моделирования мы воспользовались преимуществами Национальной вычислительной инфраструктуры Австралии, работающей на нескольких сотнях процессоров. Комбинированное моделирование, представленное в нашем исследовании, эквивалентно десяти годам вычислительного времени. В нашей модели мы обнаружили, что чем больше наносов реки выносят в океаны, тем более разнообразной становится морская жизнь (положительная корреляция). Вы можете видеть это по красной линии на графике ниже.
Поскольку континенты выветриваются, реки не только переносят осадки в океаны, но и приносят большое количество питательных веществ. Эти питательные вещества, такие как углерод, азот и фосфор, необходимы для биологических циклов, которые перемещают жизненно важные элементы через все живые существа. Вот почему мы считаем, что реки, доставляющие больше или меньше питательных веществ в океан (в геологическом масштабе в миллионы лет), связаны с диверсификацией морской жизни. Возможно, еще более удивительно то, что мы обнаружили, что эпизоды массового вымирания в океанах происходили вскоре после значительного уменьшения потока наносов. Это говорит о том, что недостаток или дефицит питательных веществ может дестабилизировать биоразнообразие и сделать его уязвимым для катастрофических событий (таких как удары астероидов или извержения вулканов). На континентах мы разработали переменную, которая объединяет осадочный покров и неровность ландшафта, чтобы описать способность континентов принимать разнообразные виды. Здесь мы также обнаружили поразительную корреляцию между нашей переменной и диверсификацией растений за последние 400 миллионов лет. Это подчеркивает, как изменения в ландшафте также оказывают сильное влияние на диверсификацию видов на суше.
Мы предполагаем, что по мере того, как поверхность Земли постепенно покрывалась более толстой почвой, более богатой питательными веществами, приносимыми реками, растения могли развиваться и диверсифицироваться с более сложной корневой системой. По мере того, как растения медленно распространялись по суше, на планете появились разнообразные среды и среды обитания с благоприятными условиями для эволюции растений, например, появление цветковых растений около 100 миллионов лет назад. В целом, наши результаты показывают, что разнообразие жизни на нашей планете находится под сильным влиянием динамики ландшафта. В любой момент ландшафты Земли определяют максимальное количество различных видов, которые могут поддерживать континенты и океаны. Это показывает, что не только тектоника или климат, но и их взаимодействие определяют долгосрочную эволюцию биоразнообразия. Они делают это посредством потоков наносов и изменений ландшафтов в целом. Наши результаты также показывают, что биоразнообразие всегда развивалось со скоростью тектоники плит. Это темпы несравненно медленнее, чем нынешние темпы вымирания, вызванного деятельностью человека.
