العلماء يحددون درجة الحرارة العالمية المثالية للحياة على الأرض.. ماذا تتوقع؟

هل تساءلت يومًا عن الحرارة المثالية التي تدعم الحياة على كوكب الأرض؟ بالنسبة للبشر، يُعتبر 20 درجة مئوية حالة مريحة، حيث يمكن أداء الأنشطة بكفاءة دون إرهاق بسبب الحر أو البرودة. وعلى الرغم أن العديد من الكائنات الحية قادرة على العيش في ظروف حرارية متنوعة، فإن الأبحاث العلمية كشفت عن شيء جديد: يبدو أن هناك تداخلًا في نطاقات الحرارة التي تحتملها الحيوانات والنباتات والميكروبات، حيث تتقاطع عند درجة حرارة تُقدر بـ 20 درجة مئوية. هل هذا مجرد صدفة؟

بالنسبة لجميع الكائنات الحية، تتبع العلاقة مع درجة الحرارة منحنى غير متماثل يشبه شكل جرس، حيث تزيد العمليات الحيوية مع ارتفاع درجة الحرارة حتى تصل إلى ذروتها، ثم تنخفض بشكل حاد عندما تزيد الحرارة لتصبح مرتفعة للغاية.

في دراسة حديثة قام بها باحثون في نيوزيلندا، لوحظ أن عدد الأنواع البحرية لم يكن في أعلى مستوياته عند خط الاستواء كما كان متوقعًا، بل انخفض العدد وبلغ ذروته في المناطق شبه الاستوائية.

وقد أظهرت الدراسات اللاحقة أن هذا الانخفاض في التنوع البيولوجي أصبح أعمق على مر الزمن، وقد تسارع بفعل ظاهرة الاحتباس الحراري التي تؤثر على المحيطات.

عند رسم عدد الأنواع مقابل متوسط درجة الحرارة السنوية، وُجِدَ أن هناك انخفاض يبدو أكبر من 20 درجة مئوية. هل هذا مجرد صدفة أخرى؟

أظهرت الدراسات في تسمانيا نمذجة معدلات نمو الميكروبات والكائنات متعددة الخلايا أن درجة الحرارة المثلى لعملياتها البيولوجية هي 20 درجة مئوية.

"نموذج كوركري" يستند إلى دراسات أخرى توضح أن 20 درجة مئوية هي الدرجة الحرارية الأمثل للجزيئات البيولوجية. هل هذا مجرد صدفة؟

تعاون الباحثون من تسمانيا مع زملائهم في كندا واسكتلندا وألمانيا وهونغ كونغ وتايوان لدراسة تأثير درجة الحرارة على الحياة. وجدوا أن 20 درجة مئوية تمثل نقطة محورية للتنوع البيولوجي في عدة مناطق، وليس فقط بالنسبة للكائنات البحرية.

الأمثلة تظهر أن ارتفاع درجات الحرارة فوق 20 درجة مئوية يؤدي إلى انخفاضات في الخصائص الحيوية المهمة، مثل:

وتشير السجلات الأحفورية إلى زيادة في حالات الانقراض عندما تتجاوز درجات الحرارة 20 درجة مئوية.

عالمياً، يُعَتَبَر نطاق درجات الحرارة التي تتواجد فيها أسماك الشعاب المرجانية واللافقاريات هو الأضيق بين الأنواع التي تتوزع جغرافياً حول 20 درجة مئوية. وهذا الأمر ينطبق أيضاً على الميكروبات.

بينما تطورت العديد من الأنواع لتتكيف مع درجات حرارة أعلى أو أقل، فإن معظمها لا يزال يعيش في درجة حرارة تقريباً 20 درجة مئوية. كما أن حالات الانقراض في السجل الأحفوري - بما في ذلك الإسفنج، وأصداف المصابيح، والرخويات، والحصائر البحرية (البريوزوان)، ونجوم البحر وقنفذ البحر، والديدان والقشريات - كانت أقل عند درجة الحرارة هذه.

تطور الأنواع لتعيش في درجات حرارة مختلفة يوسع نطاق بيئتها الحرارية، ولكن معظمها ما زال يستطيع العيش في درجة حرارة تقريباً 20 درجة مئوية، حتى لو كانت تعيش في بيئات أكثر حرارة أو برودة.

يتوقع نموذج كوركري الرياضي أن يؤدي الحفاظ على اتساع النطاق الحراري إلى الحد الأدنى إلى جعل العمليات البيولوجية أكثر استقراراً وكفاءة عند درجة الحرارة 20 درجة مئوية. وبالتالي، من المتوقع أن يؤدي ذلك إلى زيادة ثراء الأنواع في مختلف المجالات الحيوية، بدءًا من البكتيريا إلى النباتات والحيوانات متعددة الخلايا. وبالتالي، يقدم النموذج تفسيراً نظرياً لـ "تأثير 20 درجة مئوية.

إن فكرة أن الحياة تعتمد على درجة حرارة 20 درجة مئوية تشير إلى وجود قيود أساسية تؤثر على قدرة الكائنات الحية على التكيف مع درجات الحرارة المرتفعة. ونظرًا لقدرة الكائنات الحية على تغيير نطاقاتها لتكيفها مع ظاهرة الاحتباس الحراري، فإن تأثير درجة الحرارة المذكورة يعني أنه ستحدث زيادات محلية في ثراء بعض الكائنات تصل إلى متوسط سنوي يبلغ 20 درجة مئوية. وبالإضافة إلى ذلك، ستنخفض كفاءة بعض الكائنات.

وهذا يعني أن الكائنات البحرية القادرة على التكيف مع ظاهرة الاحتباس الحراري من المرجح أن لا تنقرض بسبب تغير المناخ، حيث يمكنها تغيير توزيعها الجغرافي. ومع ذلك، قد لا تكون الكائنات الأرضية قادرة على تغيير توزيعاتها الجغرافية بسهولة بسبب التدخلات البشرية مثل الزراعة والمدن والبنية التحتية الأخرى.

إن تأثير درجة الحرارة المذكورة يعد أبسط تفسير للظواهر المذكورة أعلاه، بما في ذلك: الاتجاهات في ثراء الكائنات والتنوع الجيني مع درجة الحرارة؛ معدلات الانقراض في السجل الأحفوري؛ الإنتاجية البيولوجية؛ معدل النمو الأمثل ومعدلات الافتراس البحري. وعلى الرغم من تعقيد الكائنات متعددة الخلايا، فمن الملاحظ أن كفاءة درجة الحرارة على المستوى الخلوي تنعكس في تلك الجوانب الأخرى من التنوع البيولوجي.

يُعزى سبب كون درجة الحرارة 20 درجة مئوية أمرًا محوريًا وموفرًا للطاقة للعمليات الخلوية إلى الخصائص الجزيئية للماء المرتبطة بالخلايا. وقد تكون هذه الخصائص أيضًا هي السبب وراء كون درجة الحرارة ~42 درجة مئوية تبدو حدًا مطلقًا لمعظم الكائنات. قد يؤدي الوعي الأكبر بتأثير درجة الحرارة 20 درجة مئوية إلى رؤى جديدة حول كيفية التحكم في درجة الحرارة بعمليات النظام البيئي، ووفرة الكائنات وتوزيعها، وتطور الحياة.