Masowe wymieranie – czy grozi nam szósta katastrofa?
Masowe wymieranie zachodzi wtedy, gdy Ziemia w krótkim czasie geologicznym traci około trzech czwartych gatunków, a nowe nie nadążają ich zastępować. Takich kryzysów zapis kopalny zna pięć, a ostatni zakończył erę nieptasich dinozaurów. Obecne tempo znikania gatunków należy do najwyższych w historii biosfery.
Granica masowego wymierania
Masowe wymieranie zachodzi wtedy, gdy gatunki giną dużo szybciej, niż powstają nowe, a straty obejmują całą planetę. Pojedyncze gatunki znikają zawsze, bo to część ewolucji. Masowe wymieranie przebudowuje natomiast całą bioróżnorodność Ziemi.
Próg masowości
Przegląd Barnosky’ego w „Nature” podaje kryterium, którym posługują się paleontolodzy. Według niego wymieranie jest masowe, gdy Ziemia traci około trzech czwartych gatunków w krótkim czasie geologicznym. Definicja łączy więc dwie miary – odsetek utraconych gatunków i czas, w którym ta strata następuje. Ten sam ubytek rozłożony na kilkadziesiąt milionów lat byłby zwykłą wymianą fauny, którą ewolucja wyrównuje na bieżąco.
Czas „krótki” oznacza w tym opracowaniu zwykle mniej niż 2 mln lat. Datowanie skał sprzed setek milionów lat rzadko rozróżnia odcinki krótsze niż kilkaset tysięcy lat, dlatego w geologii „gwałtowne” może znaczyć właśnie tyle. Czy masowe wymieranie musi więc wyglądać jak nagła zagłada? Nie musi. Różnorodność spada także wtedy, gdy specjacja, czyli powstawanie nowych gatunków, zwalnia tak bardzo, że przestaje nadążać za wymieraniem.
Samo wysokie tempo albo sama duża skala nie wystarczą, żeby nazwać kryzys masowym.
Tempo tła
Wymieranie tła to stałe znikanie gatunków, które trwa również w spokojnych okresach historii Ziemi. Mierzy się je w jednostce E/MSY, czyli w liczbie wymarć na milion gatunko-lat. Badanie Ceballosa i współpracowników przyjmuje jako punkt odniesienia tempo tła 2 E/MSY. To 2 wymarcia na milion gatunko-lat. W praktyce oznacza to, że w grupie 10 000 gatunków w ciągu stulecia powinny zniknąć mniej więcej dwa.
Wartość tę szacuje się z zapisu kopalnego, czyli z tego, jak długo gatunki z dobrze zachowanych grup występują w skałach, zanim znikną. Wynik zależy od wybranej grupy i od kompletności zapisu, dlatego różne zespoły podają różne tempo tła. Im wyższe tempo tła przyjmie się w obliczeniach, tym mniejsza wychodzi krotność dzisiejszych strat. Wysoki punkt odniesienia daje więc ocenę ostrożną.
Każde porównanie dzisiejszych strat z tempem tła odnosi się do wartości przyjętej w danym badaniu. Jeśli zmienia się przyjęte tempo tła, zmienia się też wynik porównania.
Liczba znanych wymierań
Pojęcie wielkiej piątki pochodzi z pracy Davida Raupa i Jacka Sepkoskiego z 1982 roku. Autorzy przeanalizowali zestawienie morskich rodzin kopalnych z fanerozoiku, czyli eonu obejmującego ostatnie ok. 540 mln lat. Wskazali pięć epizodów, które statystycznie odstawały od ogólnego trendu. Kryterium było ilościowe i opierało się na zapisie morskim. Nie brało pod uwagę przyczyn ani skutków poszczególnych kryzysów.
Poza piątką zapis kopalny notuje wiele mniejszych wydarzeń. Przeglądy przyczyn wymierań wymieniają około piętnastu kryzysów drugiego rzędu, m.in. późnokambryjski i wczesnotoarcki. Z kolei przegląd Charlesa Marshalla przytacza nowsze analizy. Według nich wielka piątka statystycznie nie odróżnia się od tempa wymierania tła. Wciąż są to jednak największe zdarzenia od wczesnego ordowiku. Której liczbie zatem wierzyć: pięciu, prawie dwudziestu czy „wielu”? Każda wynika z innego progu. Natężenie wymierań układa się w ciąg bez wyraźnej granicy.
Wydarzenia sprzed fanerozoiku pozostają sporne. Katastrofa tlenowa sprzed ok. 2,4 mld lat prawdopodobnie zabiła ogromną część mikroorganizmów beztlenowych. Skala wymierania ediakarskiego, które zamknęło proterozoik, pozostaje nieznana. Mikroby i organizmy bez szkieletu zostawiają za mało skamieniałości, żeby dało się policzyć straty.
Wielka piątka katastrof zapisanych w skałach
Wielka piątka to pięć wymierań z ostatnich ok. 445 mln lat. Z dinozaurami wiąże się dopiero ostatnie z nich. Odsetki różnią się między źródłami. Liczy się w nich różne poziomy taksonomiczne: gatunki, rodzaje albo rodziny. Rodzaj przetrwa, jeśli ocaleje choć jeden jego gatunek. Dlatego rodzajów ginie procentowo mniej niż gatunków. Wartości dla gatunków podane niżej to szacunki wyprowadzone z danych o rodzajach. Samych gatunków kopalnych nie da się policzyć bezpośrednio.
Wymieranie ordowickie, ok. 445 mln lat temu, zabrało około 86% gatunków. Dotknęło życia morskiego: ramienionogów, trylobitów, graptolitów i konodontów. Główną przyczyną było zlodowacenie Gondwany. Ochłodziło ono oceany i obniżyło poziom mórz, przez co płytkie szelfy zostały osuszone.
Wymieranie dewońskie, ok. 372 mln lat temu, zabrało około 75% gatunków i zniszczyło wielkie rafy koralowców i stromatoporoidów. Główna hipoteza łączy je z rozwojem roślin lądowych, przez który do mórz spływało więcej składników odżywczych. Skutkiem była anoksja oceaniczna, czyli brak tlenu w głębszych wodach.
Wymieranie permskie, 252 mln lat temu, było największe ze wszystkich: zniknęło około 96% gatunków. Wymarły wtedy ostatnie trylobity, a owady przeszły największy kryzys w swojej historii. Przyczyną były erupcje trapów syberyjskich, które uwolniły ogromne ilości dwutlenku węgla i ociepliły planetę.
Wymieranie triasowe, ok. 201 mln lat temu, zabrało około 80% gatunków, m.in. konodonty i wiele grup gadów spokrewnionych z krokodylami. Odpowiadają za nie wylewy CAMP, czyli Środkowoatlantyckiej Prowincji Magmowej, która powstała przy rozpadzie Pangei. Zwolnione miejsce zajęły dinozaury.
Wymieranie kredowe, 66 mln lat temu, usunęło około 76% gatunków: nieptasie dinozaury, pterozaury, amonity i dużą część wapiennego planktonu. Spowodowało je uderzenie planetoidy, po którym został krater Chicxulub na Jukatanie. Wywołało ono zimę impaktową i zakwaszenie powierzchniowego oceanu. Równolegle trwały wylewy trapów Dekanu.
Wspólny mianownik jest taki, że cztery z pięciu wymierań wiązały się z gwałtowną zmianą klimatu i chemii oceanów: ochłodzeniem albo ociepleniem, anoksją i zakwaszeniem wód. W przypadku uderzenia planetoidy inny był jedynie pierwotny wyzwalacz.
Masowe wymieranie jest selektywne. Większość czynników, które pomagają przetrwać w spokojnych czasach, przestaje wtedy działać. Wyjątkiem jest szeroki zasięg geograficzny. W przeszłych kryzysach szanse zwiększały:
- ciało małych rozmiarów i niewielkie zapotrzebowanie na pokarm
- zasięg geograficzny obejmujący wiele regionów naraz
- dieta oparta na martwej materii organicznej zamiast na świeżej produkcji roślin
- zdolność do przeczekania złych warunków w postaci nasion, cyst albo w norach
Wymarłe grupy zostawiały puste nisze ekologiczne, czyli miejsca w ekosystemie, które wcześniej zajmowały. Te nisze otwierały drogę radiacji ewolucyjnej, czyli szybkiemu różnicowaniu się linii, które przetrwały. W ten sposób ssaki zajęły miejsce po nieptasich dinozaurach. Odbudowa różnorodności trwała jednak miliony lat, a po najcięższych kryzysach według części szacunków nawet około 10 mln. W skali ludzkiej historii taka strata jest więc nieodwracalna.
Tempo, skala i przyczyny szóstego masowego wymierania
Dzisiejsze tempo wymierania jest porównywalne z masowymi wymieraniami, ale łączna strata gatunków wciąż jest daleka od progu 75%. Według przeglądu Marshalla obecne tempo należy do najwyższych w historii biosfery. Łączna liczba wymarć pozostaje jednak stosunkowo mała, więc to jeszcze nie jest pełne masowe wymieranie. Zespół Ceballosa zauważa, że tempo gwałtownie wzrosło w ciągu ostatnich 200 lat, razem ze wzrostem społeczeństwa przemysłowego. Presja człowieka zaczęła się jednak wcześniej. Zwierzęta megafauny na wielu kontynentach znikały wkrótce po przybyciu ludzi.
Dystans do progu nie oznacza jednak, że nie ma powodu do obaw. Zespół Barnosky’ego porównał skalę wymierań w grupach ocenionych przez IUCN z progiem 75%. Wniosek był taki, że utrata gatunków dziś krytycznie zagrożonych szybko doprowadziłaby do szóstego masowego wymierania.
Dlaczego jedni mówią o fakcie, a inni o alarmizmie? Rozbieżność wynika przede wszystkim z danych. Praca Cowiego, Boucheta i Fontaine’a wskazuje, że sceptycy często powołują się na Czerwoną Listę IUCN. Twierdzą na jej podstawie, że tempo utraty gatunków nie odbiega od tła. Ta lista jest jednak silnie skrzywiona: oceniono niemal wszystkie ptaki i ssaki, ale znikomą część bezkręgowców. Autorzy uwzględnili szacunki rzeczywistej liczby wymarć bezkręgowców. Wtedy tempo wymierania znacznie przewyższyło tempo tła.
Drugim źródłem niepewności jest to, że nie wiadomo, ile gatunków w ogóle istnieje. Szacunek IPBES mówi, że wyginięcie grozi ponad milionowi gatunków zwierząt i roślin. Złożono go z 10% z 5,5 mln gatunków owadów (550 000) i 25% z 2,6 mln pozostałych gatunków (625 000). Do czasu oceny IPBES IUCN udokumentowała ponad 27 000 zagrożonych gatunków. Ta lista nie jest pełna. Niepewność jest największa w tropikach, gdzie występuje największa bioróżnorodność na świecie i żyje najwięcej nieopisanych gatunków.
Globalna ocena IPBES odnotowuje też, że średnia liczebność rodzimych gatunków w większości głównych biomów lądowych spadła o ponad 20%. Zanim gatunek wymrze całkowicie, jego populacje przez długi czas się kurczą.
Przyczyny strat mają różną wagę w różnych środowiskach. Na lądach przeważa przekształcanie siedlisk, a w morzach połowy ryb. Ocena IPBES wymienia pięć głównych przyczyn, od najsilniejszej:
- Utrata siedlisk – zmiany użytkowania lądów i mórz: rolnictwo, wycinka lasów, zabudowa wybrzeży.
- Eksploatacja bezpośrednia – połowy, polowania i pozyskiwanie drewna szybsze, niż populacje zdążą się odnowić.
- Zmiana klimatu – strefy klimatyczne przesuwają się szybciej, niż wiele gatunków może za nimi migrować.
- Zanieczyszczenia – nawozy, pestycydy, tworzywa sztuczne i ścieki w glebie i wodzie.
- Gatunki inwazyjne – organizmy przeniesione przez człowieka, które wypierają gatunki rodzime albo przenoszą choroby.
