Πώς άλλαξε η βιομάζα της Γης σε διάστημα 500 εκ.ετών
Σκηνή υφάλου στα ανοικτά των ακτών του St. Croix, USVI [Φωτογραφία: NOAA CCMA Biogeography Branch].
Σε μια πρωτοποριακή μελέτη του είδους της, ερευνητές του Στάνφορντ μέτρησαν πώς έχει αλλάξει η αφθονία της ωκεάνιας ζωής το τελευταίο μισό δισεκατομμύριο χρόνια της ιστορίας της Γης.
Συνολικά, η συνολική μάζα των θαλάσσιων οργανισμών έχει γενικά αυξηθεί τα τελευταία 500 εκατομμύρια χρόνια, έδειξε η μελέτη, αν και με οπισθοδρομήσεις μετά από σημαντικά γεγονότα εξαφάνισης. Τα ευρήματα ευθυγραμμίζονται με στοιχεία για παρόμοια αύξηση της θαλάσσιας βιοποικιλότητας - της συνολικής ποικιλίας των οργανισμών - κατά το τελευταίο μισό αιώνα από μελέτες που χρονολογούνται ήδη από τον 19ο αιώνα, υποδηλώνοντας μια εξελικτική σύνδεση μεταξύ βιομάζας και βιοποικιλότητας. Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Current Biology.
«Η κατανόηση της ποσότητας της βιομάζας είναι σημαντική επειδή αντιπροσωπεύει βασικά χαρακτηριστικά ενός οικοσυστήματος που δεν αποτυπώνεται από τον αριθμό των ειδών ή ακόμα και από τον αριθμό των θέσεων που καλύπτει», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Pulkit Singh, μεταδιδακτορικός ερευνητής στις Γεωλογικές και Πλανητικές Επιστήμες στη Σχολή Βιωσιμότητας Stanford Doerr. «Αλλά καθώς προχωράμε στο παρελθόν, οι μετρήσεις μας για τη βιομάζα είναι πολύ περιορισμένες, επομένως αυτό ήταν το μεγάλο κενό στη βιολογική ιστορία που θέλαμε να γεμίσουμε με τη μελέτη μας».
Τα αποτελέσματα προέρχονται από μια εις βάθος συλλογή και ανασκόπηση δεδομένων από χιλιάδες δείγματα πετρωμάτων που περιέχουν σκελετικά υπολείμματα, τα οποία στο ωκεάνιο περιβάλλον αποτελούνται κυρίως από κελύφη ζώων, ορισμένα είδη φυκών και μονοκύτταρους οργανισμούς που ονομάζονται πρώτιστα. Τα απολιθώματα με σκελετικά υπολείμματα κατέγραψαν την ποσότητα βιομάζας - το υλικό που αποτελούν και παράγονται από τους ζωντανούς οργανισμούς - που διατηρήθηκε σε διαφορετικά γεωλογικά διαστήματα. Η βιομάζα αποκαλύπτει την παραγωγικότητα ενός οικοσυστήματος, υποδεικνύοντας την ποσότητα ενέργειας (τροφής) που υπάρχει και την ποσότητα οργανισμών που μπορεί να υποστηρίξει ένα σύστημα. Η παραγωγικότητα, με τη σειρά της, μιλά για την υγεία του οικοσυστήματος και, σε ευρύτερο πλαίσιο, για την υγεία του πλανήτη.
Οι ερευνητές απέφευγαν εδώ και καιρό να επιχειρήσουν μέτρηση της βιομάζας, δεδομένης της τεράστιας προσπάθειας που απαιτείται για τη συλλογή σχετικών δεδομένων και της πιθανότητας τα δεδομένα να μην επαρκούν για την αποκάλυψη ουσιαστικών μοτίβων. Ο Σινγκ ανέλαβε την πρόκληση, αφιερώνοντας αρκετά χρόνια στη συλλογή δεδομένων που έχουν δημοσιευτεί εδώ και δεκαετίες, καθώς και στην προσθήκη νέων δεδομένων από τα δικά του δείγματα.
«Η πρώτη ποσοτική προσπάθεια καταγραφής και απεικόνισης της βιοποικιλότητας σε όλη τη γεωλογική χρονική περίοδο έγινε το 1860, αλλά μέχρι την εργασία του Pulkit, δεν υπήρξε ποτέ αντίστοιχη εργασία για τη βιομάζα σε όλη τη χρονική περίοδο», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Jonathan Payne, καθηγητής Γης και Πλανητικών Επιστημών στο Στάνφορντ με έδρα το Dorrell William Kirby. «Είμαι εντυπωσιασμένος από το πνευματικό του θάρρος να αναλάβει ένα τέτοιο έργο».
Ψάχνοντας μέσα από το παρελθόν
Για τη μελέτη, ο Singh και οι συνεργάτες του εξέτασαν περισσότερα από 7.700 δείγματα θαλάσσιου ασβεστόλιθου από όλο τον κόσμο που καλύπτουν τα τελευταία 540 εκατομμύρια χρόνια, τα οποία έχουν τεκμηριωθεί σε περισσότερες από 100 επιστημονικές μελέτες. Η ερευνητική ομάδα βασίστηκε σε δεδομένα που συλλέχθηκαν μέσω μιας τυποποιημένης μεθόδου γνωστής ως πετρογραφική καταμέτρηση σημείων για να αξιολογήσει το ποσοστό κάθε δείγματος που περιείχε σκελετικά υπολείμματα. Η χρονοβόρα τεχνική περιλαμβάνει την κοπή και το γυάλισμα βράχων σε πολύ λεπτό στρώμα, ώστε το φως να μπορεί να τα διαπερνά, και στη συνέχεια την εξέταση των λεπτών τμημάτων των δειγμάτων βράχων με μικροσκόπιο για την ποσοτικοποίηση της σύνθεσής τους.
Κατά την Κάμβρια περίοδο, την παλαιότερη περίοδο που δειγματίστηκε και ξεκίνησε πριν από περίπου 540 εκατομμύρια χρόνια, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι λιγότερο από το 10% των πετρωμάτων, κατά μέσο όρο, αποτελούνταν από υλικό κελύφους. Καθώς η Κάμβρια περίοδος έδωσε τη θέση της στην Ορδοβίκια Περίοδο πριν από περίπου 485 εκατομμύρια χρόνια, το ποσοστό αυτό αυξήθηκε, αντανακλώντας εν μέρει την «Κάμβρια Έκρηξη», όταν η ζωή στη Γη επεκτάθηκε δραματικά σε ποικιλομορφία και πολυπλοκότητα. Τα ασβεστοποιημένα σφουγγάρια αρχικά συνέβαλαν σημαντικά στη βιομάζα, αλλά αργότερα ξεπεράστηκαν από τα νεοεξελισσόμενα εχινόδερμα - συμπεριλαμβανομένων των προγόνων των σύγχρονων αστεριών - και τα θαλάσσια αρθρόποδα, συμπεριλαμβανομένων των εξαφανισμένων τριλοβιτών και των προγόνων των καβουριών.
Καθ' όλη τη διάρκεια των επόμενων 230 εκατομμυρίων ετών, η περιεκτικότητα σε κελύφη εκτοξεύτηκε πολύ πάνω από 20%, με σημαντική μείωση κατά τη διάρκεια ενός από τα «Μεγάλα Πέντε» συμβάντα μαζικής εξαφάνισης στην Ύστερη Δεβόνια Περίοδο, περίπου 375 έως 360 εκατομμύρια χρόνια πριν.
Η μεγαλύτερη πτώση στην ιστορία της ζωής συνέβη στη συνέχεια περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια πριν, κατά τη διάρκεια της «Μεγάλης Εξαφάνισης», της Πέρμιας-Τριαδικής εξαφάνισης, όταν το ποσοστό των κελυφών μειώθηκε κατακόρυφα σε περίπου 3%.
Η ζωή ανέκαμψε και, εκτός από τις επακόλουθες σημαντικές μαζικές εξαφανίσεις - την εξαφάνιση στο τέλος της Τριαδικής περιόδου πριν από περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια και την Κρητιδική-Παλαιογενή περίοδο πριν από περίπου 66 εκατομμύρια χρόνια, η οποία εξόντωσε τους μη πτηνούς δεινόσαυρους - η βιομάζα έχει εκτοξευθεί στην τρέχουσα γεωλογική μας εποχή, την Καινοζωική, με τα κελύφη να υπερβαίνουν το 40% του όγκου των πετρωμάτων, εν μέρει χάρη στις σημαντικές συνεισφορές από μαλάκια και κοράλλια. «Το συνολικό μοτίβο που καταφέραμε να καταγράψουμε είναι ότι πρόκειται για μια σταδιακή αύξηση», είπε ο Σινγκ.
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη διεξαγωγή της μελέτης ήταν να διαπιστωθεί εάν η αυξανόμενη περιεκτικότητα σε κελύφη στα πετρώματα σηματοδοτούσε πραγματικά μια αύξηση της βιο-αφθονίας με την πάροδο του χρόνου ή εάν άλλοι οικολογικοί παράγοντες, όπως η μείωση των θηρευτών που τρυπούν και καταστρέφουν τα κελύφη, ή μεθοδολογικές μεροληψίες του δείγματος, ήταν πίσω από το μοτίβο.
Για να διασταυρώσουν τα αποτελέσματά τους, οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια σειρά από αυστηρές δοκιμές. Ταξινόμησαν δείγματα ανάλογα με το περιβάλλον εναπόθεσης σε ρηχά ή βαθιά νερά, λαμβάνοντας υπόψη τον τρόπο με τον οποίο τα υπολείμματα οστράκων συσσωρεύονται συχνότερα σε πιο πυκνοκατοικημένα ρηχά νερά. Οι ερευνητές ταξινόμησαν επίσης δείγματα ανάλογα με τα διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη και τις τοποθεσίες και τα σχήματα των προκατόχων των σημερινών ηπείρων. Σε όλη αυτή την πορεία, το σήμα παρέμεινε έντονα σταθερό σε όλα τα βάθη νερού, τα γεωγραφικά πλάτη και τα γεωλογικά περιβάλλοντα.
«Όσο περισσότερες δοκιμές κάναμε και όσο περισσότερο διαιρούσαμε το σύνολο δεδομένων μας, συνειδητοποιήσαμε ότι αυτά τα μεγάλα βιολογικά μοτίβα που βλέπαμε παρέμειναν με την πάροδο του χρόνου», είπε ο Singh.
Γεγονότα που αλλάζουν τη ζωή
Όσον αφορά τους λόγους για τους οποίους η θαλάσσια ζωή έχει γενικά αυξηθεί, τα στοιχεία υποδεικνύουν παράλληλες τάσεις μεγαλύτερης ποικιλομορφίας. Καθώς οι θαλάσσιοι οργανισμοί γίνονται πιο εξειδικευμένοι και πιο μεταβλητοί στις εξειδικεύσεις τους, μπορεί να εξαχθεί περισσότερη ενέργεια από τα διαθέσιμα θρεπτικά συστατικά και τους πόρους τροφίμων. Αυτή η ενισχυμένη ανακύκλωση θρεπτικών συστατικών ξεκινά με τους αυτότροφους οργανισμούς, όπως το φυτοπλαγκτόν, που φωτοσυνθετικά «τρέφονται» με το ηλιακό φως και καταλήγει στους αποικοδομητές που επιστρέφουν θρεπτικά συστατικά στο περιβάλλον που προσλαμβάνουν οι αυτότροφοι οργανισμοί.
«Η γενική ιδέα είναι ότι υπάρχει περισσότερη τροφή διαθέσιμη στα οικοσυστήματα και εξαιτίας αυτού, τα οικοσυστήματα μπορούν να υποστηρίξουν περισσότερη ζωή, υπάρχει περισσότερη ενέργεια διαθέσιμη και αυτό οδηγεί σε μεγαλύτερη αφθονία που εκφράζεται σε βιομάζα», δήλωσε ο Singh.
Το αν η αφθονία που παρατηρήθηκε τα τελευταία εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια θα συνεχιστεί ή όχι θα μπορούσε να αμφισβητηθεί, λαμβάνοντας υπόψη τις επιπτώσεις από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Παρόλο που οι άνθρωποι έχουν προκαλέσει απορροή λιπασμάτων, υπεραλίευση, οξίνιση των ωκεανών και άλλα κατά τη διάρκεια μιας απλής γεωλογικής καμπής, οι επιστήμονες έχουν τεκμηριώσει ευρέως μια συνεχιζόμενη, ανθρωπογενή, έκτη μαζική εξαφάνιση.
Οι συσσωρευμένες απώλειες στη βιοποικιλότητα θα μπορούσαν ενδεχομένως να μειώσουν τη βιομάζα και αντίστροφα - ένα σήμα που ίσως θα μπορούσε να αποτυπωθεί στο αρχείο απολιθωμάτων που βρίσκεται υπό καταγραφή.
«Από την οπτική γωνία της μελέτης μας, η σύγχρονη εποχή είναι αρκετά περίπλοκη, δεδομένης της έκτασης της ανθρώπινης δραστηριότητας που μεταβάλλει ραγδαία τις συνθήκες σε ολόκληρο τον πλανήτη, συμπεριλαμβανομένων των ωκεανών», δήλωσε ο Payne, ο οποίος είναι επίσης ανώτερος συνεργάτης στο Ινστιτούτο Περιβάλλοντος Stanford Woods.
«Ωστόσο, τα ευρήματά μας δείχνουν ότι η συνολική βιομάζα συνδέεται με τη βιοποικιλότητα και ότι οι απώλειες στη βιοποικιλότητα μπορεί να καταστέλλουν την παραγωγικότητα για γεωλογικά σημαντικά χρονικά διαστήματα, προσθέτοντας ένα ακόμη επιχείρημα για το γιατί η διατήρηση της βιοποικιλότητας είναι απαραίτητη για την υγεία των ανθρώπων και του πλανήτη μας».
Άλλοι συν-συγγραφείς της μελέτης από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ περιλαμβάνουν τους Jordan Ferré, Bridget Thrasher και Pedro Monarrez. Άλλοι συν-συγγραφείς της μελέτης προέρχονται από το Πολυτεχνικό Ινστιτούτο και το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, το Πανεπιστήμιο Πετρελαίου και Ορυκτών King Fahd, την Cantrell GeoLogic LLC, το Πανεπιστήμιο Trinity και το Πανεπιστήμιο της Φεράρα. Η έρευνα υποστηρίχθηκε από επιχορήγηση Frontier Research in Earth Sciences από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ.
Γεωδίφης με πληροφορίες από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ
περισσότερα,
Macroevolutionary coupling of marine biomass and biodiversity across the Phanerozoic- Μακροεξελικτική σύζευξη θαλάσσιας βιομάζας και βιοποικιλότητας κατά τη διάρκεια του Φανεροζωικού , Current Biology
https://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(25)00735-3
https://astrobiology.com/2025/07/how-earths-biomass-changed-over-500-million-years.html