Ti sei mai chiesto quale sia la temperatura ottimale per la vita sulla Terra? Per gli esseri umani, 20°C sono confortevoli. Qualsiasi più caldo e noi lavorare in modo meno efficiente perché rilasciare calore richiede energia.
Sappiamo che molte specie possono vivere a temperature molto più fredde o più calde rispetto agli esseri umani. Ma il nostro revisione sistematica delle ricerche pubblicate hanno rilevato che gli intervalli termici di animali, piante e microbi che vivono nell’aria e nell’acqua si sovrappongono a 20°C. Potrebbe essere una coincidenza?
Per tutte le specie, la relazione con la temperatura è una curva asimmetrica a campana. Ciò significa processi biologici aumento in linea con la temperatura, raggiungono un massimo, per poi diminuire rapidamente quando fa troppo caldo.
Recentemente, un gruppo di ricerca neozelandese ha notato il numero di specie marine non ha raggiunto il picco all’equatore, come è stato comunemente ipotizzato. Piuttosto, il numero è diminuito, con picchi nelle regioni subtropicali.
Follow-up studi ha mostrato che questo calo è andato diventando più profondo dall’ultima era glaciale circa 20,000 anni fa. E si è aggravato più rapidamente a causa del riscaldamento globale degli oceani.
Quando il numero di specie è stato confrontato con la temperatura media annuale, si è verificata una diminuzione superiore a 20°C. Una seconda coincidenza?
Processi biologici e biodiversità
Ricerca in Tasmania modellato i tassi di crescita di microbi e organismi multicellulari e hanno scoperto che anche la temperatura più stabile per i loro processi biologici era di 20°C.
Questo “modello Corkrey” si è basato altri studi mostrando 20°C era la temperatura più stabile per le molecole biologiche. Una terza coincidenza?
Abbiamo collaborato con colleghi provenienti da Canada, Scozia, Germania, Hong Kong e Taiwan per cercare modelli generali sul modo in cui la temperatura influisce sulla vita. Con nostra sorpresa, ovunque guardassimo continuavamo a scoprire che, in effetti, 20°C è una temperatura fondamentale per molte misurazioni della biodiversità, e non solo per le specie marine.
Gli esempi mostrano che temperature più calde di circa 20°C comportano diminuzioni in varie misure cruciali:
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tolleranza delle specie marine e d'acqua dolce a bassi livelli di ossigeno
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produttività delle alghe marine pelagiche (che vivono in acque libere) e bentoniche (che vivono nei fondali marini) e tassi di predazione dei pesci sulle esche
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ricchezza globale di specie in pesci pelagici, plancton, invertebrati bentonici e molluschi fossili
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e diversità genetica.
Nei reperti fossili si è verificato anche un aumento delle estinzioni quando le temperature superavano i 20°C.
Maggiore ricchezza di specie
A livello globale, l’intervallo di temperature in cui vivono i pesci e gli invertebrati della barriera corallina è più ristretto tra le specie la cui distribuzione geografica è incentrata sui 20°C. Lo stesso effetto si osserva nei microbi.
Mentre molte specie si sono evolute per vivere a temperature più calde e più fredde, la maggior parte delle specie vive a 20°C. Inoltre, le estinzioni riscontrate nella documentazione fossile – tra cui spugne, conchiglie, molluschi, stuoie marine (briozoi), stelle marine e ricci di mare, vermi e crostacei – erano più bassi a 20°C.
Man mano che le specie si evolvono per vivere a temperature superiori e inferiori a 20°C, la loro nicchia termica si allarga. Ciò significa che la maggior parte può ancora vivere a 20°C anche se vive in luoghi più caldi o più freddi.
Il modello matematico di Corkrey prevede che l’ampiezza termica dovrebbe essere ridotta al minimo e i processi biologici più stabili ed efficienti a 20°C. A sua volta, ciò dovrebbe massimizzare la ricchezza delle specie in tutti i settori della vita, dai batteri alle piante e agli animali multicellulari. Il modello fornisce quindi una spiegazione teorica per questo “effetto 20°C”.
Prevedere gli effetti del cambiamento climatico
Il fatto che la vita sembri incentrata intorno ai 20°C implica vincoli fondamentali che compromettono la capacità delle specie tropicali di adattarsi a temperature più elevate.
Finché le specie potranno spostare i loro areali per adattarsi al riscaldamento globale, l’effetto dei 20°C significherà che ci saranno aumenti locali nella ricchezza delle specie fino a una media annuale di 20°C. Al di sopra di ciò, la ricchezza diminuirà.
Ciò significa che è improbabile che le numerose specie marine che possono adattarsi al riscaldamento globale modificando la loro distribuzione geografica si estinguano a causa dei cambiamenti climatici.
Tuttavia, le specie terrestri potrebbero non essere in grado di spostare la loro distribuzione geografica così facilmente a causa dei paesaggi modificati dalle città, dall’agricoltura e da altre infrastrutture umane.
L'effetto dei 20°C è la spiegazione più semplice per i fenomeni di cui sopra, tra cui: tendenze nella ricchezza delle specie e nella diversità genetica con la temperatura; tassi di estinzione nella documentazione fossile; produttività biologica; tasso di crescita ottimale; e tassi di predazione marina.
Nonostante la complessità delle specie multicellulari, è notevole che l’efficienza della temperatura a livello cellulare si rifletta in questi altri aspetti della biodiversità.
Il motivo esatto per cui 20°C è fondamentale ed efficiente dal punto di vista energetico per i processi cellulari potrebbe essere dovuto alle proprietà molecolari dell’acqua associata alle cellule. Queste proprietà potrebbero anche essere il motivo per cui ~42°C sembra un limite assoluto per la maggior parte delle specie.
Una maggiore consapevolezza di questo effetto dei 20°C potrebbe portare a nuove conoscenze su come la temperatura controlla i processi dell’ecosistema, l’abbondanza e la distribuzione delle specie e l’evoluzione della vita.
Marco John Costello, Professore, Facoltà di Bioscienze e Acquacoltura, Università del Nord ed Ross Corkrey, Ricercatore senior aggiunto in Biostatistica, Università di Tasmania
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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