Heb je je ooit afgevraagd wat de optimale temperatuur is voor het leven op aarde? Voor mensen is 20°C comfortabel. Nog warmer en wij minder efficiënt werken omdat het vrijgeven van warmte energie kost.
We weten dat veel soorten bij veel koudere of warmere temperaturen kunnen leven dan mensen. Maar onze systematische herziening uit gepubliceerd onderzoek blijkt dat de thermische gebieden van dieren, planten en microben die in lucht en water leven, elkaar overlappen bij 20°C. Kan dit toeval zijn?
Voor alle soorten is de relatie met de temperatuur een asymmetrische klokvormige curve. Dit betekent biologische processen stijgen in lijn met de temperatuurbereiken een maximum en dalen vervolgens snel als het te warm wordt.
Onlangs heeft een Nieuw-Zeelandse onderzoeksgroep het aantal mariene soorten opgemerkt piekte niet op de evenaar, zoals algemeen werd aangenomen. Het aantal daalde eerder, met pieken in de subtropen.
Follow-up studies toonde aan dat deze dip dieper is geworden sinds de laatste ijstijd, ongeveer 20,000 jaar geleden. En het heeft zich sneller verdiept als gevolg van de mondiale opwarming van de oceanen.
Wanneer het aantal soorten werd uitgezet tegen de gemiddelde jaartemperatuur, was er sprake van een daling boven de 20°C. Een tweede toeval?
Biologische processen en biodiversiteit
Onderzoek in Tasmanië heeft de groeicijfers gemodelleerd van microben en meercellige organismen en ontdekten dat de meest stabiele temperatuur voor hun biologische processen ook 20°C was.
Dit “Corkrey-model” bouwde voort andere studies waaruit blijkt dat 20°C de meest stabiele temperatuur was voor biologische moleculen. Een derde toeval?
We werkten samen met collega's uit Canada, Schotland, Duitsland, Hong Kong en Taiwan om te zoeken naar algemene patronen in de manier waarop temperatuur het leven beïnvloedt. Tot onze verbazing ontdekten we overal waar we keken dat 20°C inderdaad een cruciale temperatuur is voor veel metingen van de biodiversiteit, en niet alleen voor mariene soorten.
Voorbeelden laten zien dat temperaturen warmer dan ongeveer 20°C resulteren in een afname van verschillende cruciale maatregelen:
-
tolerantie van zee- en zoetwatersoorten voor laag zuurstofgehalte
-
mariene pelagische (leven in open water) en benthische (levende op de zeebodem) algenproductiviteit en predatiesnelheid van vissen op aas
-
mondiale soortenrijkdom in pelagische vissen, plankton, ongewervelde bodemdieren en fossiele weekdieren
-
en genetische diversiteit.
Er waren ook toegenomen uitstervingen in het fossielenbestand toen de temperatuur boven de 20°C kwam.
Verhoogde soortenrijkdom
Wereldwijd is het temperatuurbereik waar rifvissen en ongewervelde dieren leven het smalst onder de soorten waarvan de geografische spreiding rond de 20°C ligt. Hetzelfde effect wordt waargenomen bij microben.
Hoewel veel soorten zijn geëvolueerd om bij warmere en koudere temperaturen te leven, leven de meeste soorten bij 20°C. Ook het uitsterven van fossielen – inclusief sponzen, lampschalen, weekdieren, zeematten (bryozoën), zeesterren en zee-egels, wormen en schaaldieren – waren lager bij 20°C.
Naarmate soorten evolueren om bij temperaturen boven en onder de 20°C te leven, wordt hun thermische niche groter. Dit betekent dat de meesten nog steeds bij 20°C kunnen leven, zelfs als ze op warmere of koudere plaatsen wonen.
Het wiskundige Corkrey-model voorspelt dat de thermische breedte tot een minimum moet worden beperkt en dat biologische processen het meest stabiel en efficiënt moeten zijn bij 20°C. Dit zou op zijn beurt de soortenrijkdom in alle domeinen van het leven moeten maximaliseren, van bacteriën tot meercellige planten en dieren. Het model geeft daarom een theoretische verklaring voor dit “20°C-effect”.
Het voorspellen van de gevolgen van klimaatverandering
Dat het leven rond de 20°C lijkt te draaien impliceert fundamentele beperkingen die het vermogen van tropische soorten om zich aan hogere temperaturen aan te passen in gevaar brengen.
Zolang soorten hun verspreidingsgebied kunnen verschuiven om zich aan te passen aan de opwarming van de aarde, betekent het 20°C-effect dat er een lokale toename van de soortenrijkdom zal zijn, tot een jaarlijks gemiddelde van 20°C. Daarboven zal de rijkdom afnemen.
Dit betekent dat de vele mariene soorten die zich kunnen aanpassen aan de opwarming van de aarde door hun geografische spreiding te verschuiven, waarschijnlijk niet zullen uitsterven als gevolg van de klimaatverandering.
Landsoorten zijn echter mogelijk niet in staat hun geografische spreiding zo gemakkelijk te verschuiven als gevolg van landschappen die zijn gewijzigd door steden, landbouw en andere menselijke infrastructuren.
Het 20°C-effect is de eenvoudigste verklaring voor bovengenoemde verschijnselen, waaronder: trends in soortenrijkdom en genetische diversiteit in functie van de temperatuur; uitstervingspercentages in het fossielenbestand; biologische productiviteit; optimale groeisnelheid; en mariene predatiecijfers.
Ondanks de complexiteit van meercellige soorten is het opmerkelijk dat de temperatuurefficiëntie op cellulair niveau wordt weerspiegeld in die andere aspecten van biodiversiteit.
Waarom 20°C precies cruciaal en energie-efficiënt is voor cellulaire processen, kan te wijten zijn aan de moleculaire eigenschappen van water die met cellen geassocieerd zijn. Deze eigenschappen kunnen er ook de reden voor zijn dat ~42°C voor de meeste soorten een absolute limiet lijkt.
Een groter bewustzijn van dit 20°C-effect kan leiden tot nieuwe inzichten in de manier waarop de temperatuur ecosysteemprocessen, de overvloed en verspreiding van soorten, en de evolutie van het leven controleert.
Mark John Costello, Professor, Faculteit Biowetenschappen en Aquacultuur, Nord Universiteit en Ross Corkrey, adjunct senior onderzoeker in de biostatistiek, Universiteit van Tasmanië
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Boeken over het milieu uit de bestsellerlijst van Amazon
"Stille lente"
door Rachel Carson
Dit klassieke boek is een mijlpaal in de geschiedenis van de milieubeweging en vestigt de aandacht op de schadelijke effecten van pesticiden en hun impact op de natuurlijke wereld. Carsons werk hielp de moderne milieubeweging te inspireren en blijft vandaag de dag relevant, terwijl we blijven worstelen met de uitdagingen van de gezondheid van het milieu.
Klik voor meer info of om te bestellen
"De onbewoonbare aarde: leven na opwarming"
door David Wallace-Wells
In dit boek biedt David Wallace-Wells een krachtige waarschuwing voor de verwoestende effecten van klimaatverandering en de dringende noodzaak om deze wereldwijde crisis aan te pakken. Het boek is gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek en praktijkvoorbeelden om een ontnuchterende kijk te geven op de toekomst die we tegemoet gaan als we geen actie ondernemen.
Klik voor meer info of om te bestellen
"Het verborgen leven van bomen: wat ze voelen, hoe ze communiceren? Ontdekkingen uit een geheime wereld"
van Peter Wohlleben
In dit boek verkent Peter Wohlleben de fascinerende wereld van bomen en hun rol in het ecosysteem. Het boek is gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek en Wohlleben's eigen ervaringen als boswachter om inzicht te bieden in de complexe manieren waarop bomen met elkaar en de natuurlijke wereld omgaan.
Klik voor meer info of om te bestellen
"Ons huis staat in brand: scènes van een gezin en een planeet in crisis"
door Greta Thunberg, Svante Thunberg en Malena Ernman
In dit boek geven klimaatactiviste Greta Thunberg en haar familie een persoonlijk verslag van hun reis om het bewustzijn te vergroten over de dringende noodzaak om klimaatverandering aan te pakken. Het boek geeft een krachtig en ontroerend verslag van de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd en de behoefte aan actie.
Klik voor meer info of om te bestellen
"The Sixth Extinction: een onnatuurlijke geschiedenis"
door Elizabeth Kolbert
In dit boek onderzoekt Elizabeth Kolbert het voortdurende massale uitsterven van soorten als gevolg van menselijke activiteiten, waarbij ze gebruik maakt van wetenschappelijk onderzoek en voorbeelden uit de praktijk om een ontnuchterende kijk te geven op de impact van menselijke activiteit op de natuurlijke wereld. Het boek biedt een dwingende oproep tot actie om de diversiteit van het leven op aarde te beschermen.
