Розподіл біомаси на Землі Планета Ві
Біомаса сильно варіюється залежно від груп живих істот та середовища, що розглядається. У цій статті представлені результати мета-аналізу розподілу біомаси на Землі.
Метод: як оцінити глобальну біомасу ?
Біомаса екосистеми - це маса живих істот, присутніх у цій екосистемі. Існує кілька способів виміряти його: волога вага, суха маса, маса вуглецю. Рон Майло та його команда обрали останнє рішення з двох причин. По-перше, цей захід дозволяє подолати змінну кількість води організмів. По-друге, це найбільш часто використовуваний тип вимірювань у науковій літературі. Для отримання сухої маси з маси вуглецю досить помножити останню на 2, що є характерним коефіцієнтом перерахунку між масою вуглецю та сухою масою.
Для розрахунку глобальної біомаси дослідники провели мета-аналіз декількох сотень публікацій, кожна з яких містить дані про біомасу однієї або декількох груп живих істот. Кожне з цих досліджень обов'язково охоплювало невелику географічну територію. Тому для розрахунку біомаси в глобальному масштабі група дослідників спочатку встановила кореляцію між біомасою, виміряною в даному місці, та фізико-хімічними характеристиками біотопу: температурою, світністю тощо. Знаючи глобальний розподіл за цими параметрами, тоді можна визначити розподіл біомаси. Усі використані дані доступні у відкритому коді на GitHub .
Дійсність отриманих результатів значною мірою залежить від обсягу даних, що використовуються для розрахунків. Таким чином, вимірювання біомаси, що проводяться на рівні океанічного дна або глибоких надр, є рідкісними, екстраполяція до масштабу планети представляє більше невизначеностей, ніж ті, що зроблені на основі даних біомаси з помірних лісів, наприклад, де вимірювання набагато більше численні.
Іншим обмеженням при визначенні біомаси є те, що її часто обчислюють опосередковано, підраховуючи кількість особин. Потім це число множиться на середню масу особини. Будь-яка невизначеність щодо цього середнього значення обов'язково призводить до невизначеності щодо розрахункової біомаси.
Результати
Розподіл біомаси за групами живих істот
Автори вирішили надати біомаси для шести основних груп живих істот: рослин, бактерій, грибів, архей, протистів та тварин. Під терміном "рослини" автори позначають ембріофіти, зелені водорості та бурі водорості. Протисти відносяться до одноклітинних еукаріотів. Отже, ці дві групи, на відміну від інших чотирьох, не є монофілетичними.
(А) Біомаси представлені на діаграмі Вороного, де площа кожної поверхні пропорційна біомасі групи розглянутих живих істот. (B) Біомаса різних груп тварин. Групи з незначною біомасою не показані. Діаграми були сформовані за допомогою інструменту Proteomaps .
| Рослини | 450 | 82 | 1.2 |
| Бактерії | 70 | 13 | 10 |
| Гриби | 12 | 2 | 3 |
| Археї | 7 | 1 | 13 |
| Протисти | 4 | 1 | 4 |
| Тварини | 2 | 0,5 | 5 |
| Наземні членистоногі | 0,2 | ||
| Морські членистоногі | 1 | ||
| Акорди, моряки | 0,7 | ||
| Хордати, сільськогосподарські тварини (лише велика рогата худоба, овець та свиней) | 0,1 | ||
| Хордові, люди | 0,06 | ||
| Хордати, дикі ссавці | 0,007 | ||
| Хордати, вирощувані птахи | 0,005 | ||
| Хордеси, Дикі птахи | 0,002 | ||
| Анеліди | 0,2 | ||
| Молюски | 0,2 | ||
| Книдаріанці | 0,1 | ||
| Нематоди | 0,02 | ||
| Вірус | 0,2 | 0,04 | 20 |
| Разом | 550 | 1.7 |
Тому більшу частину біомаси складають рослини (82%) і, меншою мірою, бактерії (13%). Інші організми представляють незначну частку загальної біомаси.
Зверніть увагу, що біомаса групи не корелює з кількістю видів, що її складають. Таким чином, якщо рослини налічують "лише" 380 000 видів (у тому числі 365 000 видів ембріофітів), але важать 450 Gt, то Euarthropods та їх 1 100 000 видів представляють лише 1,2 Gt.
Смуги помилок представляють невизначеності, пов'язані з оцінками біомаси. Автори вирішили не представляти бактерії, археї та віруси, визначення видів яких вони вважають проблематичними. Вони також зазначають, що для грибів та протистів кількість видів невизначена.
Біомаса групи також не пов’язана з кількістю особин у ній. Цей результат не дивно, оскільки маса особини сильно варіюється залежно від виду. Наприклад, маса кишкової палички становить 0,95 пг (або 9,5,10 -13 г), тоді як синій кит може досягати 180 т (1,8,10 8 г).
Бари помилок представляють невизначеності, пов'язані з оцінками біомаси.
Серед тварин помітним результатом є біомаса людського виду, в десять разів більша, ніж у всіх диких ссавців (5500 відомих видів) !
Вплив людини на біосферу також можна побачити на рівні одомашнених видів: велика рогата худоба, вівці та свині представляють біомасу в 14 разів більшу, ніж диких ссавців; птахи, що вирощуються, представляють майже в 3 рази більше біомаси, ніж дикі птахи.
На основі досліджень, що оцінюють минулу біомасу, автори вказують, що розширення людського виду глибоко змінило розподіл біомаси. Отже, людина відповідальна за зникнення половини біомаси наземних рослин.
Розподіл біомаси за біотопами
(А) Біомаси представлені на діаграмі Вороного, де площа кожної поверхні пропорційна біомасі кожного середовища. Глибокі надра відповідають морським відкладенням і корі в океанічному середовищі; до надр гірських порід і, зокрема, до глибоких водоносних шарів у континентальних середовищах. (Б) Частка біомаси кожної з шести основних груп живих істот, що вивчаються в трьох типах середовища. Для грибів та протистів недостатньо даних для оцінки біомаси, що знаходиться в глибоких надрах.
Хоча океани та моря охоплюють 71% планети, континентальна біомаса набагато важливіша за морську (470 Гт вуглецю проти 6 Гт С). Крім того, в межах цих двох типів середовища існують основні відмінності між групами живих істот. Наприклад, якщо більша частина біомаси рослин наземна: морська частка, представлена зеленими та бурими водоростями, є незначною (від 0,0075 до 2,55 Гт С залежно від досліджень). І навпаки, біомаса тварин по суті є морською, тоді як бактерії та археї зосереджені в глибоких середовищах: морських відкладеннях і корі в океанічному середовищі, гірських породах в надрах і, зокрема, глибоких водоносних шарах у континентальних середовищах.
Розподіл біомаси між виробниками та споживачами у наземному та морському середовищі. Значення в Gt C.
Між наземним та морським середовищами існує різниця в піраміді біомаси. У першому випадку виробників значно більше, ніж споживачів. У морському середовищі піраміда біомаси зворотна: споживачі представляють більше біомаси, ніж виробники. Це класичний результат в екології, задокументований для різних водних екосистем, і підтверджений у всьому світі цим дослідженням. Такий розподіл біомаси можливий, оскільки рівень поновлення виробників високий: тривалість їх життя невелика, але вони швидко розмножуються, таким чином підтримуючи високу первинну продуктивність.
Ці нові оцінки і особливо цей глобальний погляд на біомасу повинні дати змогу краще зрозуміти вуглецевий цикл і, перш за все, краще передбачити наслідки людської діяльності на нього.
Список літератури
Розподіл біомаси на Землі, Бар-Он Інон М. Бар-Он, Роб Філліпс та Рон Майло, PNAS, 2018