Neue einheitliche Theorie zeigt, wie vergangene Landschaften die Entwicklung der reichen Lebensvielfalt auf der Erde vorangetrieben haben

Die Erdoberfläche ist die lebende Hülle unseres Planeten – sie verbindet die physikalischen, chemischen und biologischen Systeme.

Im Laufe der geologischen Zeit entwickelt sich diese Oberfläche. Flüsse zerlegen die Landschaft in eine Reihe ökologisch vielfältiger Lebensräume. Diese Flüsse transportieren auch Sedimente von den Bergen in die kontinentalen Ebenen und schließlich in die Ozeane.

Die Idee, dass Landschaften den Verlauf des Lebens auf unserem Planeten beeinflusst haben, hat eine lange Geschichte, die bis in die wissenschaftlichen Erzählungen deutscher Universalgelehrter des frühen 19. Jahrhunderts zurückreicht Alexander von Humboldt. Obwohl wir seitdem mehr gelernt haben, bleiben viele Aspekte der Evolution der biologischen Vielfalt rätselhaft. Es ist beispielsweise immer noch unklar, warum zwischen der Explosion des Meereslebens und der Entwicklung von Pflanzen auf Kontinenten eine Lücke von 100 Millionen Jahren besteht.

In der Forschung veröffentlicht in Natur Heute schlagen wir eine neue Theorie vor, die die Entwicklung der Artenvielfalt in den letzten 540 Millionen Jahren mit Sediment-„Pulsen“ in Verbindung bringt, die von vergangenen Landschaften kontrolliert wurden.

10 Jahre Rechenzeit

Unsere Simulationen basieren auf einem Open-Source-Code, der im Rahmen eines veröffentlicht wurde Wissenschaft Papier, das Anfang des Jahres veröffentlicht wurde.

Um die Entwicklung der Landschaft durch Raum und Zeit in unserem Computermodell voranzutreiben, verwendeten wir eine Reihe von Rekonstruktionen des Klimas und der Tektonik in der Vergangenheit.

Anschließend verglichen wir die Ergebnisse unserer globalen Simulationen mit Rekonstruktionen der marinen und kontinentalen Artenvielfalt der letzten 540 Millionen Jahre.

Um unsere Computersimulationen durchzuführen, nutzten wir Australiens Nationale Computerinfrastruktur läuft auf mehreren Hundert Prozessoren. Die in unserer Studie vorgestellten kombinierten Simulationen entsprechen einer Rechenzeit von zehn Jahren.

Meereslebewesen und Flusssedimente waren eng miteinander verbunden

In unserem Modell haben wir herausgefunden, dass das Leben im Meer umso vielfältiger ist, je mehr Sedimentflüsse in die Ozeane gelangen (ein positiver Zusammenhang). Sie können dies anhand der roten Linie in der folgenden Tabelle erkennen.

Da die Kontinente verwittern, transportieren Flüsse nicht nur Sedimente in die Ozeane, sondern auch große Mengen an Nährstoffen. Diese Nährstoffe wie Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor sind lebenswichtig biologische Kreisläufe die lebenswichtige Elemente durch alle Lebewesen bewegen.

Aus diesem Grund glauben wir, dass Flüsse, die über einen geologischen Zeitraum von Millionen Jahren mehr oder weniger Nährstoffe in die Ozeane liefern, mit der Diversifizierung des Meereslebens zusammenhängen.

Vielleicht noch überraschender war, dass wir herausfanden, dass Episoden von Massenaussterben in den Ozeanen kurz nach einem deutlichen Rückgang des Sedimentflusses auftraten. Dies deutet darauf hin, dass ein Mangel oder Mangel an Nährstoffen die biologische Vielfalt destabilisieren und sie anfällig für katastrophale Ereignisse (wie Asteroideneinschläge oder Vulkanausbrüche) machen kann.

Landschaften förderten auch die Vielfalt der Pflanzen

Auf den Kontinenten haben wir eine Variable entworfen, die Sedimentbedeckung und Landschaftsrauheit integriert, um die Fähigkeit der Kontinente zu beschreiben, verschiedene Arten zu beherbergen.

Hier fanden wir auch eine auffällige Korrelation (siehe unten) zwischen unserer Variablen und der Pflanzendiversifizierung in den letzten 400 Millionen Jahren. Dies verdeutlicht, dass Veränderungen in der Landschaft auch einen starken Einfluss auf die Artenvielfalt an Land haben.

Wir nehmen an, dass sich Pflanzen mit ausgefeilteren Wurzelsystemen entwickeln und diversifizieren könnten, wenn die Erdoberfläche allmählich mit dickerem Boden bedeckt wird, der reich an Nährstoffen ist, die von Flüssen abgelagert werden.

Als sich Pflanzen langsam über das Land ausbreiteten, beherbergte der Planet schließlich vielfältige Umgebungen und Lebensräume mit günstigen Bedingungen für die Pflanzenentwicklung, wie beispielsweise die Entstehung von Blütenpflanzen vor etwa 100 Millionen Jahren.

Ein lebender Planet

Insgesamt deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten stark von der Landschaftsdynamik beeinflusst wird. Die Landschaften der Erde bestimmen zu jedem Zeitpunkt die maximale Anzahl verschiedener Arten, die Kontinente und Ozeane beherbergen können.

Dies zeigt, dass nicht nur Tektonik oder Klima, sondern deren Wechselwirkungen die langfristige Entwicklung der Artenvielfalt bestimmen. Dies geschieht durch Sedimentströme und Veränderungen der Landschaft insgesamt.

Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass sich die Artenvielfalt immer im Tempo der Plattentektonik entwickelt hat. Das ist ein Tempo, das unvergleichlich langsamer ist als die derzeitige Aussterberate, die durch menschliche Aktivitäten verursacht wird.

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