47.1: أزمة التنوع البيولوجي

المهارات اللازمة للتطوير

• تعريف التنوع البيولوجي
• وصف التنوع البيولوجي بأنه توازن معدلات الانقراض والانتواع المتقلبة بشكل طبيعي
• حدد الأسباب التاريخية لمعدلات الانقراض العالية في تاريخ الأرض

تقليديًا، قام علماء البيئة بقياس التنوع البيولوجي، وهو مصطلح عام للتنوع الموجود في المحيط الحيوي، من خلال مراعاة كل من عدد الأنواع وشيوعها. يمكن تقدير التنوع البيولوجي على عدد من مستويات تنظيم الكائنات الحية. تعتبر فهارس التقدير هذه، التي جاءت من نظرية المعلومات، مفيدة للغاية كخطوة أولى في قياس التنوع البيولوجي بين النظم البيئية وداخلها؛ فهي أقل فائدة عندما يكون الشاغل الرئيسي بين علماء الأحياء الحافظة هو ببساطة فقدان التنوع البيولوجي. ومع ذلك، يدرك علماء الأحياء أن مقاييس التنوع البيولوجي، من حيث تنوع الأنواع، قد تساعد في تركيز الجهود للحفاظ على العناصر المهمة بيولوجيًا أو تقنيًا للتنوع البيولوجي.

تقدم السيشليد في بحيرة فيكتوريا مثالاً يمكننا من خلاله البدء في فهم التنوع البيولوجي. اكتشف علماء الأحياء الذين درسوا البلطي في الثمانينيات المئات من أنواع البلطي التي تمثل مجموعة متنوعة من التخصصات لأنواع معينة من الموائل واستراتيجيات التغذية المحددة: تناول العوالق العائمة في الماء، وكشط الطحالب ثم أكلها من الصخور، وتناول يرقات الحشرات من القاع، و تناول بيض أنواع أخرى من السيشليد. البلطي في بحيرة فيكتوريا هو نتاج إشعاع تكيفي. الإشعاع التكيفي هو إشعاع سريع (أقل من ثلاثة ملايين سنة في حالة السيشليد في بحيرة فيكتوريا) يتفرع من خلال أنواع شجرة النشوء والتطور إلى العديد من الأنواع وثيقة الصلة؛ عادةً ما «تشع» الأنواع إلى موائل ومنافذ مختلفة. تعتبر عصافير Galápagos مثالًا على الإشعاع التكيفي المتواضع مع 15 نوعًا. تعتبر البلطي في بحيرة فيكتوريا مثالاً على الإشعاع التكيفي المذهل الذي يشمل حوالي 500 نوع.

في الوقت الذي كان فيه علماء الأحياء يقومون بهذا الاكتشاف، بدأت بعض الأنواع تختفي بسرعة. كان السبب في هذه الانخفاضات هو نوع من الأسماك الكبيرة التي تم إدخالها إلى بحيرة فيكتوريا عن طريق مصايد الأسماك لإطعام الناس الذين يعيشون حول البحيرة. تم إدخال فرخ النيل في عام 1963، لكنه ظل منخفضًا حتى الثمانينيات عندما بدأ عدد سكانه في الارتفاع. نمت أعداد فرخ النيل من خلال استهلاك البلطي، مما دفع الأنواع تلو الأخرى إلى نقطة الانقراض (اختفاء الأنواع). في الواقع، كانت هناك العديد من العوامل التي لعبت دورًا في انقراض ربما 200 نوع من السيشليد في بحيرة فيكتوريا: الفرخ النيلي، وانخفاض جودة مياه البحيرة بسبب الزراعة وتطهير الأراضي على شواطئ بحيرة فيكتوريا، وزيادة ضغط الصيد. لم يقم العلماء حتى بفهرسة جميع الأنواع الموجودة - فقد الكثير منها ولم يتم ذكر اسمه مطلقًا. أصبح التنوع الآن ظلًا لما كان عليه من قبل.

البلطي في بحيرة فيكتوريا عبارة عن رسم تخطيطي مصغر لفقدان الأنواع السريع المعاصر الذي يحدث في جميع أنحاء الأرض وينتج عن النشاط البشري. الانقراض هو عملية طبيعية للتطور الكلي تحدث بمعدل حوالي واحد من كل مليون نوع ينقرض سنويًا. يكشف السجل الأحفوري أن هناك خمس فترات من الانقراض الجماعي في التاريخ مع معدلات أعلى بكثير من فقدان الأنواع، ومعدل فقدان الأنواع اليوم يمكن مقارنته بفترات الانقراض الجماعي. ومع ذلك، هناك فرق كبير بين حالات الانقراض الجماعي السابقة والانقراض الحالي الذي نشهده: النشاط البشري. على وجه التحديد، هناك ثلاثة أنشطة بشرية لها تأثير كبير: تدمير الموائل، وإدخال الأنواع الغريبة، والإفراط في الحصاد. تتراوح توقعات فقدان الأنواع خلال القرن المقبل، وهي فترة زمنية ضئيلة على الجداول الزمنية الجيولوجية، من 10 بالمائة إلى 50 بالمائة. حدثت حالات الانقراض بهذا الحجم خمس مرات أخرى فقط في تاريخ الكوكب، وقد نتجت عن أحداث كارثية غيرت مسار تاريخ الحياة في كل حالة. الأرض الآن في واحدة من تلك الأوقات.

أنواع التنوع البيولوجي

يقبل العلماء عمومًا أن مصطلح التنوع البيولوجي يصف عدد وأنواع الأنواع في الموقع أو على الكوكب. قد يكون من الصعب تحديد الأنواع، لكن معظم علماء الأحياء لا يزالون يشعرون بالراحة تجاه هذا المفهوم ويمكنهم تحديد وحساب الأنواع حقيقية النواة في معظم السياقات. حدد علماء الأحياء أيضًا مقاييس بديلة للتنوع البيولوجي، بعضها مهم لتخطيط كيفية الحفاظ على التنوع البيولوجي.

التنوع الجيني هو أحد تلك المفاهيم البديلة. التنوع الجيني أو الاختلاف هو المادة الخام للتكيف في الأنواع. تعتمد إمكانات التكيف المستقبلية للأنواع على التنوع الجيني الموجود في جينومات الأفراد في المجموعات التي تشكل النوع. وينطبق الشيء نفسه على الفئات التصنيفية العليا. سيكون للجنس الذي يحتوي على أنواع مختلفة جدًا من الأنواع تنوع وراثي أكثر من الجنس مع الأنواع التي تبدو متشابهة ولها بيئات متشابهة. إذا كان هناك خيار بين أحد هذه الأنواع التي يتم الحفاظ عليها، فإن النوع الذي يتمتع بأكبر إمكانات للتطور اللاحق هو الأكثر تنوعًا وراثيًا. سيكون من المثالي عدم الاضطرار إلى اتخاذ مثل هذه الخيارات، ولكن قد يكون هذا هو المعيار بشكل متزايد.

ترمز العديد من الجينات إلى البروتينات، والتي بدورها تقوم بعمليات التمثيل الغذائي التي تبقي الكائنات الحية حية وتتكاثر. يمكن قياس التنوع الجيني كتنوع كيميائي حيث تنتج الأنواع المختلفة مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية في خلاياها، سواء البروتينات أو المنتجات والمنتجات الثانوية لعملية التمثيل الغذائي. هذا التنوع الكيميائي له فائدة محتملة للبشر كمصدر للأدوية، لذلك فهو يوفر طريقة واحدة لقياس التنوع المهم لصحة الإنسان ورفاهه.

لقد أنتج البشر تنوعًا في الحيوانات الأليفة والنباتات والفطريات. يعاني هذا التنوع أيضًا من خسائر بسبب الهجرة وقوى السوق والعولمة المتزايدة في الزراعة، خاصة في المناطق المكتظة بالسكان مثل الصين والهند واليابان. يعتمد عدد السكان بشكل مباشر على هذا التنوع كمصدر غذائي مستقر، كما أن انخفاضه يثير قلق علماء الأحياء وعلماء الزراعة.

من المفيد أيضًا تحديد تنوع النظام البيئي، بمعنى عدد النظم البيئية المختلفة على الكوكب أو في منطقة جغرافية معينة (الشكل\(\PageIndex{1}\)). يمكن أن تختفي النظم البيئية بأكملها حتى لو بقيت بعض الأنواع على قيد الحياة من خلال التكيف مع النظم البيئية الأخرى. فقدان النظام البيئي يعني فقدان التفاعلات بين الأنواع، وفقدان السمات الفريدة للتكيف المشترك، وفقدان الإنتاجية البيولوجية التي يمكن للنظام البيئي خلقها. يعد النظام البيئي للبراري مثالاً على نظام بيئي منقرض إلى حد كبير في أمريكا الشمالية. كانت البراري ذات يوم تمتد إلى وسط أمريكا الشمالية من الغابة الشمالية في شمال كندا وصولاً إلى المكسيك. لقد اختفت جميعها تقريبًا، واستبدلت بحقول المحاصيل وأراضي المراعي والزحف العمراني في الضواحي. بقيت العديد من الأنواع على قيد الحياة، لكن النظام البيئي عالي الإنتاجية الذي كان مسؤولاً عن إنشاء التربة الزراعية الأكثر إنتاجية قد اختفى الآن. ونتيجة لذلك، تختفي التربة أو يجب الحفاظ عليها بتكلفة أكبر.

الشكل\(\PageIndex{1}\): يتيح تنوع النظم البيئية على الأرض - من (أ) الشعاب المرجانية إلى (ب) البراري - وجود تنوع كبير في الأنواع. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل جيم ماراغوس، USFWS؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل جيم مينيراث، USFWS)

تنوع الأنواع الحالية

على الرغم من الجهد الكبير، فإن المعرفة بالأنواع التي تعيش في الكوكب محدودة. يشير تقدير حديث إلى أن أنواع حقيقيات النوى التي يحمل العلم أسماءها، أي حوالي 1.5 مليون نوع، تمثل أقل من 20 في المائة من إجمالي عدد أنواع حقيقيات النوى الموجودة على الكوكب (8.7 مليون نوع، حسب تقدير واحد). تقديرات أعداد الأنواع بدائية النواة هي تخمينات إلى حد كبير، لكن علماء الأحياء يتفقون على أن العلم قد بدأ فقط في تصنيف تنوعها. حتى مع ما هو معروف، لا يوجد مستودع مركزي لأسماء أو عينات الأنواع الموصوفة؛ لذلك، لا توجد طريقة للتأكد من أن 1.5 مليون وصف هو رقم دقيق. إنه أفضل تخمين بناءً على آراء الخبراء في مجموعات تصنيفية مختلفة. نظرًا لأن الأرض تفقد الأنواع بوتيرة متسارعة، فإن العلم في مكانه تمامًا مع السيشليد في بحيرة فيكتوريا: لا يعرف سوى القليل عما يتم فقده. \(\PageIndex{1}\)يعرض الجدول التقديرات الحديثة للتنوع البيولوجي في مجموعات مختلفة.

الجدول\(\PageIndex{1}\): تقديرات الأنواع الموصوفة والمتوقعة حسب المجموعة التصنيفية

	مورا وآخرون 2011 ^1		تشابمان 2009 ^2		جرومبريدج وجينكينز 2002 ^3
	تم وصفه	تنبأ	تم وصفه	تنبأ	تم وصفه	تنبأ
أنيماليا	1,124,516	9,920,000	1,424,153	330 836 6	1,225,500	10,820,000
كروميستا	17,892	34,900	25,044	200,500	—	—
فطريات	44,368	616,320	98,998	1,500,000	72,000	1,500,000
النباتات	224,244	314,600	310,129	800 390	270,000	320,000
الكائنات الاوليه	16,236	72,800	28,871	1,000,000	80,000	600,000
بدائيات النواة	—	—	10,307	1,000,000	10,175	—
الإجمالي	1,438,769	10,960,000	1,897,502	10,897,630	1,657,675	13,240,000

هناك العديد من المبادرات لفهرسة الأنواع الموصوفة بطرق يسهل الوصول إليها، والإنترنت يسهل هذا الجهد. ومع ذلك، فقد تمت الإشارة إلى أنه وفقًا للمعدل الحالي لوصف الأنواع، والذي وفقًا لتقرير حالة الأنواع المرصودة هو 17000 إلى 20000 نوع جديد سنويًا، سيستغرق الأمر ما يقرب من 500 عام لإنهاء وصف الحياة على هذا الكوكب. ⁴ مع مرور الوقت، تصبح المهمة مستحيلة بشكل متزايد وأسهل بشكل متزايد حيث يزيل الانقراض الأنواع من الكوكب.

قد تبدو تسمية الأنواع وعددها سعيًا غير مهم نظرًا للاحتياجات الأخرى للبشرية، ولكنها ليست مجرد محاسبة. يعد وصف الأنواع عملية معقدة يحدد من خلالها علماء الأحياء الخصائص الفريدة للكائن الحي وما إذا كان هذا الكائن الحي ينتمي إلى أي نوع آخر موصوف أم لا. يسمح لعلماء الأحياء بالعثور على الأنواع والتعرف عليها بعد الاكتشاف الأولي، ويسمح لهم بمتابعة الأسئلة المتعلقة ببيولوجيتها. بالإضافة إلى ذلك، فإن الخصائص الفريدة لكل نوع تجعله ذا قيمة محتملة للبشر أو الأنواع الأخرى التي يعتمد عليها البشر. إن فهم هذه الخصائص هو قيمة العثور على الأنواع وتسميتها.

أنماط التنوع البيولوجي

لا يتم توزيع التنوع البيولوجي بالتساوي على الأرض. احتوت بحيرة فيكتوريا على ما يقرب من 500 نوع من البلطي وحدها، متجاهلة عائلات الأسماك الأخرى الموجودة في البحيرة. تم العثور على جميع هذه الأنواع فقط في بحيرة فيكتوريا؛ لذلك كان 500 نوع من البلطي متوطنًا. توجد الأنواع المتوطنة في مكان واحد فقط. الأمراض المتوطنة ذات التوزيعات المقيدة للغاية معرضة بشكل خاص للانقراض. يمكن أيضًا أن تكون المستويات التصنيفية الأعلى، مثل الأجناس والعائلات، متوطنة. تحتوي بحيرة هورون على حوالي 79 نوعًا من الأسماك، وكلها موجودة في العديد من البحيرات الأخرى في أمريكا الشمالية. ما الذي يفسر الفرق في تنوع الأسماك في هاتين البحيرتين؟ بحيرة فيكتوريا هي بحيرة استوائية، في حين أن بحيرة هورون هي بحيرة معتدلة. يبلغ عمر بحيرة هورون في شكلها الحالي حوالي 7000 عام فقط، بينما يبلغ عمر بحيرة فيكتوريا في شكلها الحالي حوالي 15000 عام. اقترح علماء الجغرافيا الحيوية أن هذين العاملين، خط العرض والعمر، هما فرضيتان من عدة فرضيات لشرح أنماط التنوع البيولوجي على هذا الكوكب.

الاتصال الوظيفي: عالم الجغرافيا الحيوية

الجغرافيا الحيوية هي دراسة توزيع الأنواع في العالم - سواء في الماضي أو في الحاضر. يعد عمل علماء الجغرافيا الحيوية أمرًا بالغ الأهمية لفهم بيئتنا المادية، وكيف تؤثر البيئة على الأنواع، وكيف تؤثر التغيرات البيئية على توزيع الأنواع؛ كما كان مهمًا لتطوير نظرية التطور. يحتاج الجغرافيون البيولوجيون إلى فهم كل من علم الأحياء والبيئة. كما أنهم بحاجة إلى أن يكونوا على دراية جيدة بالدراسات التطورية وعلوم التربة وعلم المناخ.

هناك ثلاثة مجالات رئيسية للدراسة تحت عنوان الجغرافيا الحيوية: الجغرافيا الحيوية البيئية، والجغرافيا الحيوية التاريخية (تسمى الجغرافيا الحيوية القديمة)، والجغرافيا الحيوية للحفظ. تدرس الجغرافيا الحيوية البيئية العوامل الحالية التي تؤثر على توزيع النباتات والحيوانات. تدرس الجغرافيا الحيوية التاريخية، كما يوحي الاسم، التوزيع السابق للأنواع. من ناحية أخرى، تركز الجغرافيا الحيوية للحفظ على حماية الأنواع واستعادتها بناءً على المعلومات البيئية التاريخية والحالية المعروفة. يأخذ كل مجال من هذه المجالات في الاعتبار كلاً من جغرافية الحيوان والجغرافيا النباتية - التوزيع الماضي والحاضر للحيوانات والنباتات.

أحد أقدم الأنماط التي لوحظت في علم البيئة هو أن التنوع البيولوجي للأنواع في كل مجموعة تصنيفية تقريبًا يزداد مع انخفاض خطوط العرض. وبعبارة أخرى، يزداد التنوع البيولوجي بالقرب من خط الاستواء (الشكل\(\PageIndex{2}\)).

الشكل\(\PageIndex{2}\): توضح هذه الخريطة عدد الأنواع البرمائية في جميع أنحاء العالم وتظهر الاتجاه نحو التنوع البيولوجي العالي في خطوط العرض المنخفضة. لوحظ نمط مماثل لمعظم المجموعات التصنيفية.

لم يتضح بعد سبب زيادة التنوع البيولوجي بالقرب من خط الاستواء، لكن الفرضيات تشمل العمر الأكبر للنظم البيئية في المناطق الاستوائية مقابل المناطق المعتدلة التي كانت خالية إلى حد كبير من الحياة أو فقيرة بشكل كبير خلال فترة التجلد الأخيرة. الفكرة هي أن العمر الأكبر يوفر مزيدًا من الوقت للأنواع. تفسير آخر محتمل هو زيادة الطاقة التي تتلقاها المناطق الاستوائية من الشمس مقابل الطاقة المنخفضة التي تتلقاها المناطق المعتدلة والقطبية. ليس من الواضح تمامًا كيف يمكن أن تترجم مدخلات الطاقة الأكبر إلى المزيد من الأنواع. قد يؤدي تعقيد النظم البيئية الاستوائية إلى تعزيز الانتواع من خلال زيادة عدم التجانس، أو عدد المنافذ البيئية، في المناطق الاستوائية مقارنة بخطوط العرض العليا. يوفر عدم التجانس الأكبر المزيد من الفرص للتطور المشترك والتخصص وربما ضغوط اختيار أكبر تؤدي إلى تمايز السكان. ومع ذلك، تعاني هذه الفرضية من بعض الدورة الدموية - فالنظم البيئية التي تحتوي على المزيد من الأنواع تشجع الانتواع، ولكن كيف حصلت على المزيد من الأنواع في البداية؟ يُنظر إلى المناطق الاستوائية على أنها أكثر استقرارًا من المناطق المعتدلة، التي تتمتع بمناخ واضح وموسمية طوال اليوم. تتمتع المناطق الاستوائية بأشكالها الموسمية الخاصة، مثل هطول الأمطار، ولكن يُفترض عمومًا أنها بيئات أكثر استقرارًا وقد يعزز هذا الاستقرار الانتواع.

بغض النظر عن الآليات، فمن المؤكد أن جميع مستويات التنوع البيولوجي هي الأكبر في المناطق الاستوائية. بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل التوطن هو الأعلى، وهناك المزيد من النقاط الساخنة للتنوع البيولوجي. ومع ذلك، فإن ثراء التنوع هذا يعني أيضًا أن المعرفة بالأنواع هي الأدنى، وهناك احتمال كبير لفقدان التنوع البيولوجي.

الحفاظ على التنوع البيولوجي

في عام 1988، طور عالم البيئة البريطاني نورمان مايرز مفهوم الحفظ لتحديد المناطق الغنية بالأنواع والمعرضة لخطر كبير لفقدان الأنواع: النقاط الساخنة للتنوع البيولوجي. النقاط الساخنة للتنوع البيولوجي هي مناطق جغرافية تحتوي على أعداد كبيرة من الأنواع المتوطنة. كان الغرض من المفهوم هو تحديد المواقع المهمة على هذا الكوكب لجهود الحفظ، وهو نوع من فرز الحفظ. من خلال حماية النقاط الساخنة، تستطيع الحكومات حماية عدد أكبر من الأنواع. تضمنت المعايير الأصلية للنقطة الساخنة وجود 1500 نوع أو أكثر من أنواع النباتات المتوطنة و 70 في المائة من المنطقة المضطربة بسبب النشاط البشري. هناك الآن 34 نقطة ساخنة للتنوع البيولوجي (الشكل\(\PageIndex{3}\)) تحتوي على أعداد كبيرة من الأنواع المتوطنة، والتي تشمل نصف النباتات المتوطنة على الأرض.

الشكل\(\PageIndex{3}\): حددت منظمة الحفظ الدولية 34 نقطة ساخنة للتنوع البيولوجي، والتي تغطي 2.3 في المائة فقط من سطح الأرض ولكنها تستوطن 42 في المائة من أنواع الفقاريات الأرضية و 50 في المائة من نباتات العالم.

تغير التنوع البيولوجي عبر الزمن الجيولوجي

عدد الأنواع على هذا الكوكب، أو في أي منطقة جغرافية، هو نتيجة توازن عمليتين تطوريتين مستمرتين: الانتواع والانقراض. كلاهما عمليتان طبيعيتان «للولادة» و «الموت» للتطور الكلي. عندما تبدأ معدلات الانتواع في تجاوز معدلات الانقراض، سيزداد عدد الأنواع؛ وبالمثل، سينخفض عدد الأنواع عندما تبدأ معدلات الانقراض في تجاوز معدلات الانتواع. على مدار تاريخ الأرض، تذبذبت هاتان العمليتان - مما أدى أحيانًا إلى تغييرات جذرية في عدد الأنواع على الأرض كما هو موضح في السجل الأحفوري (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

الشكل\(\PageIndex{4}\): تقلبت النسبة المئوية لحالات الانقراض كما هو موضح في السجل الأحفوري طوال تاريخ الأرض. حدثت خسائر مفاجئة وكبيرة للتنوع البيولوجي، تسمى الانقراضات الجماعية، خمس مرات.

حدد علماء الحفريات خمس طبقات في السجل الأحفوري يبدو أنها تظهر خسائر مفاجئة ومثيرة (أكثر من نصف جميع الأنواع الموجودة التي تختفي من السجل الأحفوري) في التنوع البيولوجي. هذه تسمى الانقراضات الجماعية. هناك العديد من أحداث الانقراض الأقل أهمية، ولكن لا تزال مثيرة، ولكن حالات الانقراض الجماعي الخمسة اجتذبت معظم الأبحاث. يمكن القول بأن الانقراضات الجماعية الخمسة ليست سوى الأحداث الخمسة الأكثر تطرفًا في سلسلة مستمرة من أحداث الانقراض الكبيرة في جميع أنحاء Phanerozoic (منذ 542 مليون سنة). في معظم الحالات، لا تزال الأسباب المفترضة مثيرة للجدل؛ ومع ذلك، يبدو الحدث الأخير واضحًا.

الانقراضات الجماعية الخمسة

كان السجل الأحفوري للانقراضات الجماعية أساسًا لتحديد فترات التاريخ الجيولوجي، لذلك تحدث عادةً عند نقطة الانتقال بين الفترات الجيولوجية. يعكس الانتقال في الحفريات من فترة إلى أخرى الخسارة الهائلة للأنواع والأصل التدريجي للأنواع الجديدة. يمكن رؤية هذه التحولات في طبقات الصخور. \(\PageIndex{2}\)يقدم الجدول بيانات عن الانقراضات الجماعية الخمسة.

يوضح هذا الجدول أسماء وتواريخ الانقراضات الجماعية الخمسة في تاريخ الأرض.

الجدول\(\PageIndex{2}\): الانقراضات الجماعية

الفترة الجيولوجية	اسم الانقراض الجماعي	الوقت (منذ ملايين السنين)
طبيب أوردوفيسي-سيلوري	طبيب أمراض الجهاز الهضمي O—S	450-440
العصر الديفوني المتأخر	نهاية العصر الديفوني	375—360
العصر البرمي - الترياسي	نهاية العصر البرمي	251
العصر الترياسي - الجوراسي	نهاية العصر الترياسي	205
العصر الطباشيري - الباليوجيني	العصر الطباشيري K-Pg (K-T)	65.5

يعد حدث الانقراض الأوردوفيشي-السيلوري أول انقراض جماعي مسجل وثاني أكبر انقراض. خلال هذه الفترة، انقرضت حوالي 85 بالمائة من الأنواع البحرية (عدد قليل من الأنواع تعيش خارج المحيطات). الفرضية الرئيسية لسببها هي فترة التجلد ثم الاحترار. يتكون حدث الانقراض في الواقع من حدثين انقراض يفصل بينهما حوالي مليون سنة. حدث الحدث الأول بسبب التبريد، وكان الحدث الثاني بسبب الاحترار اللاحق. أثرت التغيرات المناخية على درجات الحرارة ومستويات سطح البحر. اقترح بعض الباحثين أن انفجار أشعة جاما، الناجم عن مستعر أعظم قريب، هو سبب محتمل لانقراض أوردوفيشي-سيلوريان. كان من الممكن أن يؤدي انفجار أشعة جاما إلى إزالة طبقة الأوزون على الأرض مما يتسبب في إشعاع فوق بنفسجي مكثف من الشمس وقد يفسر التغيرات المناخية التي لوحظت في ذلك الوقت. الفرضية تخمينية، لكن التأثيرات خارج كوكب الأرض على تاريخ الأرض هي خط بحث نشط. استغرقت استعادة التنوع البيولوجي بعد الانقراض الجماعي من 5 إلى 20 مليون سنة، اعتمادًا على الموقع.

ربما حدث الانقراض الديفوني المتأخر على مدى فترة زمنية طويلة نسبيًا. يبدو أنها أثرت على الأنواع البحرية وليس النباتات أو الحيوانات التي تعيش في الموائل الأرضية. أسباب هذا الانقراض غير مفهومة جيدًا.

كان الانقراض في نهاية العصر البرمي هو الأكبر في تاريخ الحياة. في الواقع، يمكن القول بأن الأرض أصبحت تقريبًا خالية من الحياة خلال حدث الانقراض هذا. بدا الكوكب مختلفًا جدًا قبل وبعد هذا الحدث. تشير التقديرات إلى أن 96 بالمائة من جميع الأنواع البحرية و 70 بالمائة من جميع الأنواع الأرضية قد فقدت. في هذا الوقت، على سبيل المثال، انقرضت المجموعات الثلاثية، وهي مجموعة نجت من الانقراض الأوردوفيشي-السيلوري. أسباب هذا الانقراض الجماعي ليست واضحة، لكن المشتبه به الرئيسي هو النشاط البركاني الممتد والواسع النطاق الذي أدى إلى ظاهرة الاحتباس الحراري الجامحة. أصبحت المحيطات إلى حد كبير حياة بحرية غير سامة وخانقة. استغرق تنوع رباعي الأرجل الأرضي 30 مليون سنة للتعافي بعد انقراض نهاية العصر البرمي. أدى الانقراض البرمي إلى تغيير تركيبة التنوع البيولوجي للأرض ومسار التطور بشكل كبير.

أسباب حدث الانقراض الترياسي والجوراسي ليست واضحة وقد تمت مناقشة فرضيات تغير المناخ وتأثير الكويكبات والانفجارات البركانية. حدث الانقراض قبل تفكك قارة بانجيا العملاقة، على الرغم من أن الدراسات الحديثة تشير إلى أن حالات الانقراض ربما حدثت بشكل تدريجي في جميع أنحاء العصر الترياسي.

أسباب حدث الانقراض في نهاية العصر الطباشيري هي تلك التي يمكن فهمها بشكل أفضل. خلال حدث الانقراض هذا منذ حوالي 65 مليون عام، اختفت الديناصورات، مجموعة الفقاريات المهيمنة لملايين السنين، من الكوكب (باستثناء كليد ثيروبود الذي أدى إلى ظهور الطيور). في الواقع، انقرض كل حيوان بري يزيد وزنه عن 25 كجم. من المفهوم الآن أن سبب هذا الانقراض هو نتيجة التأثير الكارثي لنيزك كبير، أو كويكب، قبالة سواحل ما يعرف الآن بشبه جزيرة يوكاتان. كانت هذه الفرضية، التي تم اقتراحها لأول مرة في عام 1980، تفسيرًا جذريًا يعتمد على الارتفاع الحاد في مستويات الإيريديوم (الذي يهطل من الفضاء في النيازك بمعدل ثابت إلى حد ما ولكنه غائب على سطح الأرض) عند الطبقة الصخرية التي تمثل الحدود بين العصر الطباشيري والباليوجيني القديم (الشكل\(\PageIndex{5}\)). تشير هذه الحدود إلى اختفاء الديناصورات في الحفريات بالإضافة إلى العديد من الأصناف الأخرى. فسره الباحثون الذين اكتشفوا ارتفاع الإيريديوم على أنه تدفق سريع للإيريديوم من الفضاء إلى الغلاف الجوي (في شكل كويكب كبير) بدلاً من تباطؤ في ترسب الرواسب خلال تلك الفترة. كان هذا تفسيرًا جذريًا، لكن التقرير عن فوهة الارتطام ذات العمر والحجم المناسبين في عام 1991 جعل الفرضية أكثر تصديقًا. الآن تدعم وفرة الأدلة الجيولوجية هذه النظرية. إن أوقات استعادة التنوع البيولوجي بعد انقراض نهاية العصر الطباشيري أقصر، في الوقت الجيولوجي، من انقراض نهاية العصر البرمي، في حدود 10 ملايين سنة.

آرت كونيكشن

الشكل\(\PageIndex{5}\): في عام 1980، اكتشف لويس ووالتر ألفاريز وفرانك أسارو وهيلين ميشيلز، في جميع أنحاء العالم، ارتفاعًا في تركيز الإيريديوم داخل الطبقة الرسوبية عند حدود K-Pg. افترض هؤلاء الباحثون أن ارتفاع الإيريديوم هذا كان بسبب تأثير الكويكب الذي أدى إلى الانقراض الجماعي لـ K-Pg. في الصورة، طبقة الإيريديوم هي النطاق الضوئي. (الائتمان: هيئة الخدمات العامة الأمريكية)

قام العلماء بقياس الوفرة النسبية لجراثيم السرخس فوق وتحت حدود K-Pg في عينة الصخور هذه. أي من العبارات التالية تمثل على الأرجح نتائجهم؟

1. تم العثور على وفرة من جراثيم السرخس من عدة أنواع أسفل حدود K-Pg، ولكن لم يتم العثور على أي منها أعلاه.
2. تم العثور على وفرة من جراثيم السرخس من عدة أنواع فوق حدود K-Pg، ولكن لم يتم العثور على أي منها أدناه.
3. تم العثور على وفرة من جراثيم السرخس فوق وتحت حدود K-Pg، ولكن تم العثور على نوع واحد فقط تحت الحدود، وتم العثور على العديد من الأنواع فوق الحدود.
4. تم العثور على العديد من أنواع جراثيم السرخس فوق الحدود وتحتها، ولكن العدد الإجمالي للجراثيم كان أكبر تحت الحدود.

رابط إلى التعلم

استكشف هذا الموقع التفاعلي حول حالات الانقراض الجماعي.

انقراض العصر البليستوسيني

يعد انقراض العصر البليستوسيني أحد الانقراضات الأقل انتشارًا والأحدث. من المعروف أن أمريكا الشمالية، وإلى حد ما الحيوانات الأوراسية أو الضخمة أو الحيوانات الكبيرة، اختفت في نهاية فترة التجلد الأخيرة. يبدو أن الانقراض قد حدث في فترة زمنية محدودة نسبيًا منذ 10,000 إلى 12,000 سنة. في أمريكا الشمالية، كانت الخسائر كبيرة للغاية وشملت الماموث الصوفي (يرجع تاريخ آخر مرة إلى حوالي 4,000 عام في مجموعة معزولة)، والماستودون، والقنادس العملاقة، والكسلان الأرضي العملاق، والقطط ذات أسنان السيف، وجمل أمريكا الشمالية، على سبيل المثال لا الحصر. تم اقتراح احتمال أن يكون الانقراض السريع لهذه الحيوانات الكبيرة ناتجًا عن الصيد الجائر لأول مرة في القرن العشرين. يستمر البحث في هذه الفرضية اليوم. يبدو من المحتمل أن الصيد المفرط تسبب في العديد من انقراضات التاريخ المكتوب مسبقًا في العديد من مناطق العالم.

بشكل عام، ارتبط توقيت انقراض العصر البليستوسيني بوصول البشر وليس بأحداث تغير المناخ، وهي الفرضية المنافسة الرئيسية لهذه الانقراضات. بدأت حالات الانقراض في أستراليا منذ حوالي 40,000 إلى 50,000 عام، مباشرة بعد وصول البشر إلى المنطقة: اختفى أسد جرابي وومبت عملاق يبلغ وزنه طن واحد والعديد من أنواع الكنغر العملاقة. في أمريكا الشمالية، حدثت حالات انقراض جميع الثدييات الكبيرة تقريبًا منذ 10,000 إلى 12,000 سنة. كل ما تبقى هو الثدييات الصغيرة مثل الدببة والأيائل والموز والكوجر. أخيرًا، في العديد من الجزر المحيطية النائية، حدث انقراض العديد من الأنواع بالتزامن مع وصول البشر. لم تكن جميع الجزر تحتوي على حيوانات كبيرة، ولكن عندما كانت هناك حيوانات كبيرة، كانت تضيع. تم استعمار مدغشقر منذ حوالي 2000 عام وانقرضت الثدييات الكبيرة التي عاشت هناك. لا تظهر أوراسيا وأفريقيا هذا النمط، لكنها أيضًا لم تشهد وصول البشر مؤخرًا. وصل البشر إلى أوراسيا منذ مئات الآلاف من السنين بعد أصل هذا النوع في إفريقيا. يظل هذا الموضوع مجالًا للبحث النشط والافتراضات. يبدو من الواضح أنه حتى لو لعب المناخ دورًا، فقد أدى الصيد البشري في معظم الحالات إلى التعجيل بالانقراضات.

انقراضات الوقت الحالي

يبدو أن الانقراض الجماعي السادس، أو الهولوسين، قد بدأ في وقت أبكر مما كان يُعتقد سابقًا ويتعلق في الغالب بأنشطة الإنسان العاقل. منذ بداية فترة الهولوسين، هناك العديد من حالات الانقراض الحديثة للأنواع الفردية التي تم تسجيلها في الكتابات البشرية. تتزامن معظم هذه المستعمرات مع توسع المستعمرات الأوروبية منذ القرن الخامس عشر.

أحد الأمثلة السابقة والمعروفة شعبيًا هو طائر الدودو. عاش طائر الدودو في غابات موريشيوس، وهي جزيرة في المحيط الهندي. انقرض طائر الدودو حوالي عام 1662. تم اصطيادها من قبل البحارة بحثًا عن لحمها وكانت فريسة سهلة لأن طائر الدودو، الذي لم يتطور مع البشر، كان يقترب من الناس دون خوف. كما أدت الخنازير والجرذان والكلاب التي جلبتها السفن الأوروبية إلى الجزيرة إلى قتل صغار الدودو والبيض.

انقرضت بقرة ستيلر البحرية في عام 1768؛ وكانت مرتبطة بخراف البحر وربما عاشت مرة واحدة على طول الساحل الشمالي الغربي لأمريكا الشمالية. تم اكتشاف بقرة ستيلر البحرية لأول مرة من قبل الأوروبيين في عام 1741 وتم اصطيادها للحصول على اللحوم والزيت. تم قتل آخر بقرة بحرية في عام 1768. وهذا يعادل 27 عامًا بين أول اتصال لبقرة البحر بالأوروبيين وانقراض النوع.

في عام 1914، توفي آخر حمامة ركاب حية في حديقة حيوان في سينسيناتي بولاية أوهايو. كان هذا النوع قد أدى ذات مرة إلى تعتيم سماء أمريكا الشمالية أثناء هجرته، ولكن تم اصطياده وعانى من فقدان الموائل من خلال إزالة الغابات من أجل الأراضي الزراعية. في عام 1918، مات آخر ببغاء كارولينا الحي في الأسر. كان هذا النوع شائعًا في شرق الولايات المتحدة، لكنه عانى من فقدان الموائل. تم اصطياد هذا النوع أيضًا لأنه أكل فاكهة البستان عندما تم تدمير أطعمته المحلية لإفساح المجال للأراضي الزراعية. انقرض أسد البحر الياباني، الذي سكن منطقة واسعة حول اليابان وساحل كوريا، في الخمسينيات من القرن الماضي بسبب الصيادين. تم توزيع فقمة الراهب الكاريبي في جميع أنحاء البحر الكاريبي ولكن تم دفعها إلى الانقراض عن طريق الصيد بحلول عام 1952.

هذه ليست سوى عدد قليل من حالات الانقراض المسجلة في الـ 500 عام الماضية. يحتفظ الاتحاد الدولي للحفاظ على الطبيعة (IUCN) بقائمة من الأنواع المنقرضة والمهددة بالانقراض تسمى القائمة الحمراء. القائمة ليست كاملة، ولكنها تصف 380 نوعًا منقرضًا من الفقاريات بعد عام 1500 ميلاديًا، 86 منها انقرضت بسبب الصيد الجائر أو الصيد الجائر.

تقديرات معدلات الانقراض الحالية

إن تقديرات معدلات الانقراض تعوقها حقيقة أن معظم حالات الانقراض ربما تحدث دون ملاحظة. من المحتمل أن يلاحظ البشر انقراض الطيور أو الثدييات، خاصة إذا تم اصطيادها أو استخدامها بطريقة أخرى. ولكن هناك العديد من الكائنات الحية الأقل أهمية للبشر (ليست بالضرورة ذات قيمة أقل) والعديد منها غير موصوف.

يُقدر معدل الانقراض الأساسي بحوالي واحد لكل مليون نوع سنويًا (E/MSY). على سبيل المثال، بافتراض وجود حوالي عشرة ملايين نوع، من المتوقع أن تنقرض عشرة أنواع كل عام (يمثل كل عام عشرة ملايين نوع في السنة).

يستخدم أحد تقديرات معدل الانقراض المعاصر حالات الانقراض في السجل المكتوب منذ عام 1500. بالنسبة للطيور وحدها، تعطي هذه الطريقة تقديرًا قدره 26 E/MSY. ومع ذلك، قد يتم التقليل من هذه القيمة لثلاثة أسباب. أولاً، لم يكن من الممكن وصف العديد من الأنواع إلا في وقت لاحق من الفترة الزمنية، لذا فإن فقدانها لن يلاحظه أحد. ثانيًا، يتزايد عدد الأنواع المنقرضة مؤخرًا لأن الأنواع المنقرضة يتم وصفها الآن من بقايا الهياكل العظمية. وثالثًا، ربما تكون بعض الأنواع قد انقرضت بالفعل على الرغم من أن دعاة الحفاظ على البيئة يترددون في تسميتها على هذا النحو. يؤدي أخذ هذه العوامل في الاعتبار إلى رفع معدل الانقراض المقدر إلى ما يقرب من 100 E/MSY. المعدل المتوقع بحلول نهاية القرن هو 1500 E/MSY.

النهج الثاني لتقدير معدلات الانقراض في الوقت الحالي هو ربط فقدان الأنواع بفقدان الموائل عن طريق قياس فقدان مساحة الغابات وفهم العلاقات بين الأنواع والمناطق. العلاقة بين الأنواع والمنطقة هي معدل رؤية الأنواع الجديدة عند زيادة المساحة التي تم مسحها. أظهرت الدراسات أن عدد الأنواع الموجودة يزداد مع زيادة حجم الجزيرة. وقد ثبت أيضًا أن هذه الظاهرة صحيحة في الموائل الأخرى أيضًا. عند تغيير هذه العلاقة، إذا تم تقليل مساحة الموائل، فإن عدد الأنواع التي تعيش هناك سينخفض أيضًا. تشير تقديرات معدلات الانقراض القائمة على فقدان الموائل والعلاقات بين الأنواع والمناطق إلى أنه مع فقدان حوالي 90 في المائة من الموائل، يُتوقع أن تنقرض 50 في المائة من الأنواع. أدت تقديرات مساحة الأنواع إلى حسابات معدل انقراض الأنواع بحوالي 1000 E/MSY أو أعلى. بشكل عام، لا تظهر الملاحظات الفعلية هذا القدر من الخسارة وقد تم تقديم اقتراحات بوجود تأخير في الانقراض. كما أدى العمل الأخير إلى التشكيك في قابلية تطبيق العلاقة بين الأنواع والمناطق عند تقدير فقدان الأنواع. يجادل هذا العمل بأن العلاقة بين الأنواع والمناطق تؤدي إلى المبالغة في تقدير معدلات الانقراض. قد تكون العلاقة الأفضل للاستخدام هي العلاقة بين منطقة الأوبئة. سيؤدي استخدام هذه الطريقة إلى خفض التقديرات إلى حوالي 500 E/MSY في القرن المقبل. لاحظ أن هذه القيمة لا تزال 500 مرة من معدل الخلفية.

الشكل\(\PageIndex{6}\): أظهرت الدراسات أن عدد الأنواع الموجودة يزداد مع حجم الموطن. (الائتمان: تعديل العمل من قبل آدم بي سميث)

رابط إلى التعلم

تحقق من هذا الاستكشاف التفاعلي للأنواع المهددة بالانقراض والمنقرضة ونظمها البيئية وأسباب الخطر أو الانقراض.

ملخص

يوجد التنوع البيولوجي على مستويات متعددة من التنظيم ويتم قياسه بطرق مختلفة اعتمادًا على أهداف أولئك الذين يأخذون القياسات. تشمل هذه القياسات أعداد الأنواع والتنوع الجيني والتنوع الكيميائي وتنوع النظام البيئي. يُقدر عدد الأنواع الموصوفة بـ 1.5 مليون مع وصف حوالي 17000 نوع جديد كل عام. تختلف تقديرات العدد الإجمالي للأنواع على الأرض ولكنها في حدود 10 ملايين. يرتبط التنوع البيولوجي سلبًا بخط العرض لمعظم الأصناف، مما يعني أن التنوع البيولوجي أعلى في المناطق الاستوائية. آلية هذا النمط غير معروفة على وجه اليقين، ولكن تم تقديم العديد من الفرضيات المعقولة.

يمكن ملاحظة خمسة حالات انقراض جماعي مع فقدان أكثر من 50 في المائة من الأنواع الموجودة في السجل الأحفوري. تختلف أوقات استعادة التنوع البيولوجي بعد الانقراضات الجماعية، ولكنها وصلت إلى 30 مليون سنة. يتم تسجيل حالات الانقراض الحديثة في التاريخ المكتوب وهي أساس طريقة واحدة لتقدير معدلات الانقراض المعاصرة. تستخدم الطريقة الأخرى مقاييس فقدان الموائل والعلاقات بين الأنواع والمناطق. تختلف تقديرات معدلات الانقراض المعاصرة، ولكن بعض المعدلات تصل إلى 500 مرة من معدل الخلفية، كما هو محدد من السجل الأحفوري، ومن المتوقع أن ترتفع.

اتصالات فنية

الشكل\(\PageIndex{5}\): Scientists measured the relative abundance of fern spores above and below the K-Pg boundary in this rock sample. Which of the following statements most likely represents their findings?

1. An abundance of fern spores from several species was found below the K-Pg boundary, but none was found above.
2. An abundance of fern spores from several species was found above the K-Pg boundary, but none was found below.
3. An abundance of fern spores was found both above and below the K-Pg boundary, but only one species was found below the boundary , and many species were found above the boundary.
4. Many species of fern spores were found both above and below the boundary, but the total number of spores was greater below the boundary.

Answer

A. An abundance of fern spores from several species was found below the K-Pg boundary, but none was found above.

Footnotes

1. 1 Mora Camilo et al., “How Many Species Are There on Earth and in the Ocean?” PLoS Biology (2011), doi:10.1371/journal.pbio.1001127.
2. 2 Arthur D. Chapman, Numbers of Living Species in Australia and the World, 2nd ed. (Canberra, AU: Australian Biological Resources Study, 2009). www.environment.gov.au/biodiv...d-complete.pdf.
3. 3 Brian Groombridge and Martin D. Jenkins. World Atlas of Biodiversity: Earth’s Living Resources in the 21^st Century. Berkeley: University of California Press, 2002.
4. 4 International Institute for Species Exploration (IISE), 2011 State of Observed Species (SOS). Tempe, AZ: IISE, 2011. Accessed May, 20, 2012. species.asu.edu/SOS.

Glossary

adaptive radiation

rapid branching through speciation of a phylogenetic tree into many closely related species

biodiversity

variety of a biological system, typically conceived as the number of species, but also applying to genes, biochemistry, and ecosystems

biodiversity hotspot

concept originated by Norman Myers to describe a geographical region with a large number of endemic species and a large percentage of degraded habitat

chemical diversity

variety of metabolic compounds in an ecosystem

ecosystem diversity

variety of ecosystems

endemic species

species native to one place

extinction

disappearance of a species from Earth; local extinction is the disappearance of a species from a region

extinction rate

number of species becoming extinct over time, sometimes defined as extinctions per million species–years to make numbers manageable (E/MSY)

genetic diversity

variety of genes in a species or other taxonomic group or ecosystem, the term can refer to allelic diversity or genome-wide diversity

heterogeneity

number of ecological niches

megafauna

large animals

species-area relationship

relationship between area surveyed and number of species encountered; typically measured by incrementally increasing the area of a survey and determining the cumulative numbers of species