ما می‌دانیم که اقیانوس‌ها در حال تغییر هستند، اما چگونه این تغییرات در طول نیم میلیارد سال گذشته اتفاق افتاده‌اند؟ تاکنون، هیچ معیار دقیقی برای ارزیابی تغییرات جرم زیستی کل (biomass) – یعنی مقدار واقعی مواد زنده در اقیانوس‌ها – در طول تاریخ ژئولوژیکی وجود نداشت.
برای نخستین بار، گروهی از دانشمندان دانشگاه استنفورد توانسته‌اند تغییرات جرم زیستی ارگانیسم‌های دریایی را طی ۵۴۰ میلیون سال گذشته اندازه‌گیری کنند.
افزایش تدریجی زندگی دریایی
همبستگی با تنوع زیستی
نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که روندی بلندمدت از افزایش جرم زیستی در اقیانوس‌ها وجود داشته، گرچه در طول دوره‌های انقراض بزرگ، این میزان به طور ناگهانی کاهش یافته است. این الگو با افزایش شناخته‌شده‌ی تنوع زیستی دریایی هماهنگ است، که حاکی از ارتباطی عمیق میان میزان زندگی موجود در اقیانوس‌ها و تنوع آن است.
پولکیت سینگ، نویسنده اصلی این پژوهش و پژوهشگر فوق‌دکترا در رشته علوم زمین و سیاره‌ای در مدرسه پایداری دانشگاه استنفورد می‌گوید:
«درک میزان جرم زیستی مهم است، زیرا ویژگی‌هایی کلیدی از یک زیست‌بوم را نشان می‌دهد که با شمارش گونه‌ها یا حتی تعداد جایگاه‌های زیستی قابل اندازه‌گیری نیستند.»
روش‌شناسی دقیق برای سنجش تاریخچه زیستی
بررسی هزاران نمونه سنگی
برای دستیابی به این نتایج، تیم تحقیقاتی سینگ سال‌ها روی تحلیل دقیق بیش از ۷۷۰۰ نمونه سنگ آهک دریایی کار کرده‌اند. این نمونه‌ها متعلق به بیش از ۱۰۰ پژوهش منتشرشده به‌علاوه داده‌های خود سینگ بوده‌اند.
هر نمونه سنگی برش خورده و به حدی نازک شده که نور از آن عبور کند و سپس زیر میکروسکوپ مورد بررسی قرار گرفته است.
شمارش ساختاری نقطه‌ای (Petrographic Point-Counting)
با استفاده از این روش، پژوهشگران درصد بقایای اسکلتی – مانند صدف‌های جانوران، برخی جلبک‌ها، و پروتیست‌های تک‌سلولی – در هر نمونه را محاسبه کرده‌اند.
این داده‌ها اطلاعاتی کلیدی درباره‌ی میزان مواد زنده‌ی موجود در ادوار مختلف تاریخ زمین‌شناسی ارائه می‌دهند. هرچه میزان مواد صدفی در نمونه‌ها بیشتر باشد، نشان‌دهنده‌ی وجود حیات بیشتر است و در نتیجه جریان انرژی در زیست‌بوم‌ها قوی‌تر بوده است.
چالش‌های اندازه‌گیری جرم زیستی
تلاشی نادر در زیست‌زمین‌شناسی
در حالی که ردیابی تنوع زیستی در اعماق زمان از قرن نوزدهم آغاز شده، تلاش برای اندازه‌گیری جرم زیستی به ندرت انجام شده است. این کار به داده‌های عظیمی نیاز دارد و هیچ تضمینی برای یافتن الگوی روشن وجود ندارد.
پروفسور جاناتان پین، نویسنده ارشد این پژوهش می‌گوید:
«اولین تلاش کمی برای مستندسازی و ترسیم تنوع زیستی در طول زمان زمین‌شناسی به سال ۱۸۶۰ بازمی‌گردد، اما تا پیش از مقاله سینگ، هیچ مطالعه‌ای در مورد جرم زیستی در طول زمان وجود نداشته است.»
یافته‌های مهم از میلیون‌ها سال قبل
دوره کامبرین تا کنونی
- دوره کامبرین (۵۴۰ میلیون سال پیش): صدف‌ها کمتر از ۱۰ درصد ترکیب سنگ‌ها را تشکیل می‌دادند.
- آغاز دوره اردویسین (۴۸۵ میلیون سال پیش): افزایش چشمگیر در میزان صدف‌ها، هم‌زمان با انفجار کامبرین (افزایش ناگهانی تنوع زیستی).
- نقش اسفنج‌ها: در آغاز نقش اصلی را داشتند، اما بعدها توسط خارپوستان (اجداد ستاره‌های دریایی) و بندپایانی چون تریلوبیت‌ها جایگزین شدند.
رشد تدریجی جرم زیستی
در بازه‌ای ۲۳۰ میلیون ساله پس از اردویسین، مقدار صدف‌ها عمدتاً بالای ۲۰ درصد باقی ماند. با این حال، در زمان‌های خاصی مانند انقراض پرمین-تریاس (۲۵۰ میلیون سال پیش) – موسوم به «مرگ بزرگ» – این میزان به شدت کاهش یافت (تا ۳ درصد).
احیای حیات پس از انقراض‌ها
پس از این رویداد، حیات بار دیگر شکوفا شد. اما در پایان تریاس و نیز در رویداد انقراض کرتاسه-پالئوژن (۶۶ میلیون سال پیش)، دوباره با کاهش‌هایی مواجه شد.
در عصر کنونی یعنی دوره سنوزوئیک، حجم صدف‌ها از ۴۰ درصد فراتر رفته که ناشی از رشد جانورانی مانند نرم‌تنان و مرجان‌ها است.
سینگ تأکید می‌کند: «الگوی کلی که ثبت کردیم، روندی تدریجی از افزایش است.»
پایداری الگوهای زیستی
بررسی عوامل احتمالی جایگزین
برای اطمینان از صحت یافته‌ها، پژوهشگران داده‌ها را بر اساس عمق، عرض جغرافیایی، و محیط زمین‌شناسی دسته‌بندی کردند.
حتی پس از این بررسی‌ها، الگوهای اصلی زیستی ثابت باقی ماندند.
سینگ می‌گوید: «هر چه بیشتر داده‌ها را آزمایش و تقسیم کردیم، بیشتر فهمیدیم که این الگوهای بزرگ زیستی در طول زمان ثابت مانده‌اند.»
چرا زندگی دریایی رشد کرد؟
پاسخ ممکن است در تنوع زیستی نهفته باشد. با گسترش زندگی و پر شدن جایگاه‌های زیستی بیشتر، موجودات بهتر از انرژی در دسترس استفاده کردند.
موجودات تخصصی‌تر و شبکه‌های زیستی پیچیده‌تری پدید آمدند، که موجب بازیافت مؤثرتر مواد مغذی شد – از فیتوپلانکتون‌های فتوسنتزکننده تا تجزیه‌کنندگان.
سینگ توضیح می‌دهد: «ایده کلی این است که مواد غذایی بیشتری در اکوسیستم‌ها وجود دارد، در نتیجه اکوسیستم‌ها می‌توانند حیات بیشتری را پشتیبانی کنند، انرژی بیشتری در دسترس است، و این منجر به فراوانی بیشتر در قالب جرم زیستی می‌شود.»
تأثیرات انسانی بر زندگی اقیانوسی
آینده نگران‌کننده
این مطالعه نمایی بلندمدت از رشد صعودی حیات ارائه می‌دهد، اما پیش از ورود به عصر حاضر پایان می‌یابد. امروزه، اقیانوس‌ها با تهدیداتی مانند ماهی‌گیری بی‌رویه، آلودگی، اسیدی شدن و تغییرات اقلیمی روبرو هستند.
پژوهشگران معتقدند ما در میانه ششمین انقراض بزرگ ناشی از فعالیت‌های انسانی هستیم. اگر تنوع زیستی کاهش یابد، احتمالاً جرم زیستی نیز در درازمدت افت خواهد کرد – با پیامدهایی که میلیون‌ها سال ادامه خواهد داشت.
پین هشدار می‌دهد:
«یافته‌های ما نشان می‌دهند که جرم زیستی با تنوع زیستی در ارتباط است و کاهش تنوع زیستی ممکن است بهره‌وری زیستی را برای بازه‌های طولانی زمین‌شناسی کاهش دهد. این یک دلیل دیگر است که چرا حفاظت از تنوع زیستی برای سلامت انسان و سیاره‌مان ضروری است.»
این مطالعه در ژورنال Current Biology منتشر شده است.
