Учёные традиционно описывали долгосрочные изменения в морских экосистемах Земли, измеряя биоразнообразие — количество различных видов, которые встречаются в образцах древних пород.
До сих пор никто не измерял, как колебалась морская биомасса — общее количество органического материала — на протяжении сотен миллионов лет. Новое исследование, опубликованное в журнале Current Biology, впервые показывает, что тенденции изменения морской биомассы и биоразнообразия совпадали за последние 541 миллион лет. Результаты могут помочь ответить на вопросы о том, как экосистемы развиваются в геологическом времени, и о том, как деятельность человека приводит к массовому вымиранию в современном мире.
«Модели [биомассы] действительно соответствовали кривой биоразнообразия, по крайней мере, в макроэволюционных масштабах времени», — сказал Пулкит Сингх, палеобиолог из Стэнфордского университета и соавтор нового исследования.
«Этот подход предоставляет новый тип данных, который позволяет нам впервые проверить некоторые очень влиятельные идеи о причинно-следственных связях долгосрочных изменений биоразнообразия», — сказал Сет Финнеган, палеобиолог из Калифорнийского университета в Беркли, который не участвовал в новом исследовании.
Подсчёт скелетов и раковин
Когда организмы, живущие в мелководных морских средах, умирают и оседают на морское дно, их раковины и скелеты из карбоната кальция сохраняются в виде заполненных окаменелостями известняков. Последовательные слои этого известняка служат инвентарём разнообразия и численности жизни в океанах на протяжении миллионов лет и особенно ценны для палеонтологов из-за высокого содержания раковин, а также того факта, что скорость отложения известняка, вероятно, остаётся стабильной с течением времени даже при отсутствии раковин и скелетов.
Чтобы получить полную картину биомассы за фанерозойский эон, Сингх и исследовательская группа собрали данные из предыдущих исследований, которые включали подсчёт фрагментов скелетов и раковин в образцах морского известняка. В общей сложности команда нашла данные более чем для 7000 образцов из 111 исследований и провела точечный подсчёт для 73 новых образцов.
Сбор данных потребовал от Сингха «интеллектуального мужества», сказал Джонатан Пейн, палеобиолог из Стэнфордского университета и соавтор нового исследования. «Это потребовало много тяжёлой работы без гарантии, что в конце мы получим что-то информативное».
Ставка окупилась: результаты показали, что «раковистость», как называет это Пейн — косвенный показатель биомассы — в целом увеличивалась за последние 541 миллион лет вместе с зарегистрированными тенденциями в морском биоразнообразии, причём падения биомассы совпадали с известными крупными событиями вымирания.
Исследование «предоставляет связь, которая отсутствовала до сих пор», — сказал Финнеган. Данные, по-видимому, подтверждают идею, которую многие палеобиологи ожидали, но у которых не было данных для демонстрации — о том, что биомасса морских животных и биоразнообразие совпадали в истории Земли, сказал он.
Что нам говорит биомасса
Биомасса указывает на то, сколько энергии доступно в экосистеме. Для животных конечный источник этой энергии создаётся за счёт первичной продуктивности фотосинтезирующих организмов, таких как растения и водоросли. Понимание взаимосвязи между биомассой и биоразнообразием может дать представление о том, как развиваются экосистемы, как возникает и рушится разнообразие, и каков конечный фактор, ограничивающий биоразнообразие в экосистеме.
«Когда в основании пищевой цепи есть больше пищи, экосистемы могут поддерживать больше и более крупных особей, и, возможно, они также могут поддерживать больше разных видов организмов», — сказал Финнеган.
В экологии современного мира учёные имеют доказательства того, что это правда. Но современные учёные живут в «тонком маленьком временном срезе», в котором любые наблюдения за экосистемами происходят в очень короткие сроки по сравнению с историей Земли, сказал Финнеган.
Учёные не знают, работают ли экосистемы сейчас так же, как и на протяжении всей истории Земли. Давно биоразнообразие могло определять биомассу, или же отношения могли быть петлёй обратной связи. «Понимание процессов биоразнообразия в полной мере означает понимание их в масштабе миллионов лет», — сказал он.
С тех пор как люди начали доминировать в экосистемах, биоразнообразие резко сократилось. Однако биомасса значительно увеличилась, в основном в результате животноводства и содержания домашних животных. «У нас много людей и много кошек и собак, но не так много разнообразия», — сказал Сингх.
Глубокие знания о том, как биомасса и биоразнообразие соотносятся в геологическом времени, могли бы помочь учёным лучше понять последствия вызванных человеком изменений в экосистемах и движущие силы этого шестого массового вымирания. Люди изменяют планету в ходе «масштабного эксперимента», — сказал Пейн. И единственный способ понять планетарные эксперименты — использовать геологическую летопись, сказал он. «Это единственный источник информации в тех же временных и пространственных масштабах».
По крайней мере, в течение фанерозоя биомасса и биоразнообразие, по-видимому, были взаимосвязаны, согласно новому исследованию. Результаты дают грубую, но надёжную картину, сказал Пейн, хотя «ещё многое предстоит узнать».
— Грейс ван Дилен (@gvd.bsky.social), штатный писатель
Цитата: ван Дилен, Г. (2025), Биомасса и биоразнообразие были связаны в прошлом Земли, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250243. Опубликовано 9 июля 2025 года.
Текст © 2025. AGU. CC BY-NC-ND 3.0