האמזונס ומורדות האנדים הסמוכים בדרום אמריקה מארחים עושר מדהים של צמחים ובעלי חיים. מינים אלה היו מקורות למזון, מקלט ורפואה מאז הגעתם של בני אדם ומטרה לסקרנות מדעית עוד מימי חוקרי הטבע הטבעוניים האירופאים.
אילו תהליכים מייצרים נקודות חמות כאלה בעושר מינים, ומדוע המגוון הביולוגי יורד בהדרגה לעבר קווי רוחב גבוהים יותר ואקלים יבש יותר? מדענים הציעו הסברים רבים ומתחרים, אך אין דרך קלה לבדוק אותם. כביוגרפים, אלו מאיתנו החוקרים את הגיאוגרפיה של החיים על פני כדור הארץ, אין לנו אפשרות לבצע ניסויים בעולם האמיתי. יהיה זה לא מעשי וגם לא אתי לבצע הקדמות או השמדה מאסיביות של מינים ואז להמתין מאות או אלפי שנים לתוצאות.
במקום זאת, כפי שפורסם במחקר האחרון שפורסם בכתב העת Science, ריכזנו צוות בין-תחומי של ביוגאוגרפים ומודללי אקלים כדי ליצור עולם וירטואלי - מקום לעשות בו ניסויים וירטואליים. העולם ששחזרנו היה סימולציה של זמן לחיים ביבשת דרום אמריקה, מלפני 800, 000 שנה ועד ימינו, דרך אקלימוס המסור של שמונת מחזורי הקרחונים האחרונים. אם דפוסי המגוון הביולוגי המיוצרים בעולם מדומה זה ייצרו דפוסים מגוונים ריאליסטיים למדי, היינו יכולים להיות בטוחים כי התהליכים האקולוגיים והאבולוציוניים המובנים בהדמיה היו נכונים.
מה שמצאנו היה הפתעה מעבר לציפיות החביבות עלינו. המפות של מגוון המינים בדרום אמריקה שעלו מההדמיות שלנו נראו דומות להפליא למפות של ציפורים חיות, יונקים וצמחים. מה שכן, ההדמיות אישרו מסדרונות נדידה לסירוגין בין האנדים ליער הגשם האטלנטי בדרום מזרח ברזיל. אזורים אלה מבודדים כרגע זה מזה על ידי אקלים יבש יותר, אך מדענים חשדו זה מכבר שקיימים קשרים, בהתבסס על נוכחותם של מינים חיים הקשורים זה לזה בשני האזורים.
חיים וירטואליים בעולם וירטואלי
כל הדמיה החלה במין דמיוני אחד, שנזרע אי שם על מפה טופוגרפית מפורטת של דרום אמריקה. בשלבי זמן של 500 שנה, בסך הכל 1, 600 צעדים בסך הכל, עודכן האקלים באמצעות מודל פליאו-אקלים עדכני שנוצר על ידי עמיתנו ניל אדוארדס ופיל הולדן באוניברסיטה הפתוחה בבריטניה.
בסך הכל רצינו יותר מאלף הדמיות, לכל אחת שילוב שונה של הגדרות לארבעה משתנים בלבד:
- כמה זמן אוכל לבודד אוכלוסייה כדי להפוך למין חדש
- כמה מהר מינים יכולים להתפתח כדי לשרוד, בתגובה לשינויי אקלים
- כמה רחוק מין יכול לעבור על פני בית גידול לא מתאים
- עד כמה מינים קשורים זה לזה מתחרים זה בזה.
מדוע ההתאמה החזקה בין מפות הדמיון שלנו של עושר המינים והמפות האמיתיות של ציפורים, יונקים וצמחים כה מפתיעה? מכיוון שההדמיות שלנו כיסו רק נתח זמן זעיר בהיסטוריה הארוכה של דרום אמריקה. שמונה מאות אלף שנה אולי נראות כמו זמן עמוק, אבל דרום אמריקה נפרדה מאפריקה לפני 130 מיליון שנה, והאנדים החלו את עלייתם לפני 25 מיליון שנה. כיום ידוע כי רשימה הולכת וגדלה של קבוצות צמחים ובעלי חיים בדרום אמריקה התגבשה במהלך התקופה הרבעונית המאוחרת - בערך 800, 000 השנים האחרונות - אך רוב המינים ביבשת הם הרבה יותר מבוגרים.
הופתענו גם שהמפות המדומות שלנו דומות לדפוסים כה ממשיים של עושר מינים, מכיוון שהמפות שלנו לא הונחו על ידי דפוס יעד מסוים של מגוון. הם בנויים אך ורק על תהליכים בסיסיים, כפי שהובנו ממחקר בסיסי באקולוגיה ובביולוגיה אבולוציונית. לדוגמא, עיצבנו את ההסתגלות האבולוציונית לקצוות האקלים תוך שימוש בעקרונות ומשוואות מגנטיקה של האוכלוסייה.
מהעריסה למוזיאון לקבר
מינים החיים כיום הם ניצולים. הם הקצוות העליונים של עצים אבולוציוניים עם סניפים מתים רבים מתחת, המייצגים הכחדה בעבר. ביולוגים אבולוציוניים מסוגלים כיום להסיק, במקרים רבים, את אבותיהם של המינים החיים. אזורים שבהם מינים שהתרבו בעבר נקראו "עריסות" של ייחוד. לדוגמא, מורדות האנדים נחשבים זה מכבר לנקודה חמה של מפרט.
התרשים הראשון של צ'ארלס דארווין של עץ אבולוציוני, מתוך המחברת הראשונה שלו בנושא העברת המינים (1837). ברשימותיו מבהירים כי הבין כי הכחדות הן מרכיב חיוני בהתפתחות: 'כך נוצרו ז'אנרים הנוגעים לסוגים קדומים עם מספר צורות נכחדות.' (נחלת הכלל) אזורים שבהם המינים התמדו במשך תקופות ארוכות במיוחד נקראים "מוזיאונים". כל אזור, כמו האמזונס, בו מינים קדומים רבים נמשכים, יכול להיחשב כמוזיאון ביוגאוגרפי. לעומת זאת, התחשבות במקום בו יש להציב את הענפים המתים בעץ האבולוציוני על המפה - "הקברים" - היא בלתי אפשרית כמעט על ידי לימוד הגיאוגרפיה של ניצולים חיים.
באמצעות הדמיות שלנו, עקבנו ומיפשנו את כל "מסלול החיים" של כל מין וירטואלי, מעריסה לקבר, במרחב ובזמן.
כאשר האקלים משתנה משלב לצעד בסימולציה, הטווח הגאוגרפי של מין (מיקומו על המפה) עשוי להיות מקוטע על ידי אקלים לא מתאים. אם שבר נמשך בבידוד מספיק זמן, הוא מוכרז כמין חדש. זמן הפיצול ומיקומו של שבר כזה בתקופת בידוד זו מגדיר את "פלח העריסה" של מסלול חייו.
כאשר ואם מין וירטואלי נכחד, אנו רושמים את הזמן והעלילה במפה את מיקום הירידה לכיוון ההכחדה, המייצג את "הקטע החמור" של מסלול חייו של המין. הזמן והמקום בו כל מין נמשך בין שלב העריסה לבמת הקבר מגדיר את "פלח המוזיאון" של מסלול חייו.
ההדמיות שלנו הניבו מפות של עריסות, מוזיאונים ולראשונה קברים. המפות אישרו שהמורדות המזרחיים של הרי האנדים ומערב האמזונס הם עריסות ייחודיות. קברי הכחדה חפפו עריסות באזורים מסוימים, כמו האמזונס, ועקרו מעריסות באחרים, כמו האנדים. המדרון המזרחי של האנדים הטרופיים התגלה כערש לא רק, אלא גם מוזיאון עשיר למגוון ביולוגי.
המשכנו לעקוב אחר מתי המיון וההכחדה הגיעו לשיא וירדו במהלך ההדמיות וגילינו שמחזורי הקרחונים הניעו את שני התהליכים. פסגות ההכחדה נטו לעקוב אחר פסגות המפרט בתקופות של התחממות מהירה בסוף תקופות קרחונים קרות.
דינמיקות האקלים והטופוגרפיה מניעות את הדפוסים
המחקר שלנו מוביל אותנו להאמין שדפוסי העושר עבור מינים חיים, ללא קשר לגיל המין, מקורם באותם תהליכים שבסיסם היינו מודלים בהדמיה. יחסי הגומלין בין האקלים הסוערים של 800, 000 השנים האחרונות לבין הנופים הדרמטיים של דרום אמריקה הניעו מיעוט בכמה קבוצות של צמחים ובעלי חיים צעירים יותר, אך דשדשו את מיקומם של מינים צעירים ועתיקים בעת ובעונה אחת, ללא הבחנה.
פעילויות אנושיות מכריחות שינויים באקלים העולמי בקצב חסר תקדים, מהיר בהרבה מהדינמיקה האקלית במודל שלנו. אנו יודעים כי מינים כבר נמצאים בתנועה, וטווחיםיהם נעים בקצב מדאיג ביבשה ובים, עם השפעות עמוקות על חיי אדם ועל פרנסתם.
למרות שההדמיות שלנו לא נועדו לחזות את העתיד, הן חושפות בצורה חיה את הכוח הדינמי של שינוי האקלים לעצב את החיים על כדור הארץ.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation.
רוברט ק. קולוול, פרופסור למחקר נכבד, אוניברסיטת קונטיקט
תיאגו פנגל, פרופסור לאקולוגיה, אוניברסיטת פדרל דה גויאס
