Sains & Teknologi

Mengapa ada Begitu Banyak Spesies di Garis Katulistiwa dan Sedikit di Kutub?

Bumi dipenuhi dengan bentuk-bentuk kehidupan yang aneh — kepiting dengan kaki setinggi 12 kaki berlari di lepas pantai Jepang, jamur yang bercahaya di malam hari di Amerika Utara bagian timur, kupu-kupu yang meminum air mata kura-kura Amazon.

Namun, di antara semua kerajaan alam dunia, satu aturan berkuasa: Ada banyak spesies berbeda di daerah tropis, tetapi jumlahnya menurun tajam saat bergerak ke arah kutub. “Ini berlaku di hampir semua jenis kehidupan dan di semua jenis lingkungan, tetapi alasan mengapa masih diperdebatkan,” kata Prof David Jablonski, seorang ilmuwan terkemuka Universitas Chicago tentang kepunahan dan keanekaragaman hayati. “Ini adalah pertanyaan mendasar yang kembali sebelum Darwin.”

Tujuan Jablonski adalah untuk memahami keanekaragaman hayati, dan taruhannya besar — ​​termasuk bagaimana spesies akan beradaptasi dengan perubahan iklim.

Ilmuwan seperti Jablonski — yang penelitiannya tentang moluska telah membentuk bidang itu — secara tradisional meneliti bentuk spesies (bentuk tubuh organisme) atau fungsinya. Misalnya, cangkang kerang bisa berduri atau halus, dan itu bisa membuat mereka hidup di dasar laut atau dengan menyaring plankton saat pasang surut. Setiap cara pandang terhadap binatang memberi tahu sesuatu yang berbeda tentang evolusi, ceruk dan pola keanekaragaman hayati; tetapi masing-masing sangat kompleks sehingga mereka jarang diteliti dengan serempak.  Jablonski percaya bahwa mengintegrasikan keduanya dapat menghasilkan wawasan yang penting.

Dua penelitian terbaru dari labnya mengambil pendekatan ini, menggabungkan kekuatan dengan spesialis lain untuk menyelidiki perubahan keanekaragaman dari tropis ke kutub dengan cara yang inovatif.

Dalam studi pertama, mereka bekerja dengan ahli biologi burung Prof. Trevor Price untuk membandingkan data moluska Jablonski dengan wawasan burung Price tentang bagaimana spesies di seluruh dunia hidup di lingkungan yang berbeda.

Pada burung tropis, beberapa cara untuk bertahan hidup dimiliki oleh spesies — banyak yang memakan serangga di cabang-cabang pohon, misalnya — dan yang lain hanya sedikit. Pola ini bertahan hingga pertengahan garis lintang, tetapi kemudian ada titik kritis yang berbeda dan jumlah cara untuk mencari nafkah, dan distribusi yang tidak merata di antara mereka, menurun. Hal yang sama berlaku untuk moluska.

“Untuk hewan, Anda tidak jauh berbeda dari burung dan bivalvia, tetapi Anda melihat pola yang sangat mirip ini,” kata Stewart Edie, seorang peneliti pascadoktoral dan penulis pertama bersama dari kedua makalah. “Itu biasanya menyarankan kita melihat kontrol tingkat tinggi yang beroperasi dalam skala besar di planet ini, baik di darat maupun di laut.”

Teorinya adalah bahwa di daerah tropis, ada lebih banyak ruang untuk spesialisasi skala-halus di antara spesies — tidak hanya burung yang memakan biji, tetapi burung yang hanya makan satu jenis benih, di satu bagian lingkungan (cabang-cabang tinggi di kanopi hutan, sebagai contoh). Tetapi dengan meningkatnya garis lintang, iklim menjadi lebih musiman dan lebih sulit untuk bertahan hidup, dan kurang layak untuk menjadi spesialis. “Banyak cara hidup masih ada; Anda hanya perlu makan setiap jenis benih, atau tinggal di mana saja di kanopi,” kata Jablonski.

Peta area studi para peneliti untuk Florida Keys dan Teluk Maine. Di baris atas adalah cangkang di garis lintang lebih tinggi, yang cenderung lebih halus dan lebih jelas daripada runcing, warna-warni lebih dekat ke garis khatulistiwa, di baris bawah. Kredit: Katie Collins

Hal ini adalah sesuatu yang baru tentang cara kerja keanekaragaman hayati, katanya, dan mungkin memiliki implikasi untuk bagaimana hal-hal akan berperan seiring perubahan iklim berlangsung. “Sebagai contoh, apa yang akan terjadi pada parasit yang menyerang tanaman atau tanaman yang kita pedulikan – spesies akan tiba yang dapat fokus pada inang spesifik karena semakin hangat,” katanya.

Makalah kedua, dipimpin oleh peneliti postdoctoral Katie Collins, beralih ke teknologi untuk menganalisis bagaimana bentuk moluska berubah dari tropis ke kutub.

Mereka menggunakan pemindai CT mikro untuk memindai sampel 95 persen dari semua spesies yang ditemukan di Florida Keys dan Teluk Maine, menghasilkan harta karun berupa gambar 3-D. Kebanyakan penelitian hanya bekerja dengan panjang dan tinggi cangkang, “tapi itu bukan gambaran keseluruhan,” kata Collins. “Dimensi ketiga menambahkan lapisan pemahaman baru.” 

Saat Anda pergi ke pantai di Florida Keys, mata Anda tertarik pada kerang-kerang besar berwarna cerah dengan duri, punggung bukit, dan kenop. Tapi di utara Cape Cod, Anda tidak menemukannya. Kerang-kerang itu semuanya halus, polos dan sering kali kecil, yang pada awalnya memerah tampaknya mengindikasikan perubahan besar dalam bentuk spesies.

Tapi bukan itu yang ditemukan para ilmuwan. “Ternyata ada cangkang polos di mana-mana,” kata Collins. “Kerang tropis sebenarnya adalah campuran dari spesies biasa dan mewah; kerang mewah hanya keluar dari campuran saat Anda pergi ke utara. Jadi spesies individu tidak mengubah untuk beradaptasi dengan kondisi baru; seluruh garis keturunan hal-hal mewah keluar. “

“Sepertinya iklim garis lintang tinggi mempersempit kisaran bentuk tempurung yang layak, dan beberapa garis keturunan hanya membeku, sehingga untuk berbicara,” kata Jablonski.

Ini juga memiliki implikasi bagi manusia karena mereka terus mengubah iklim dan lingkungan.

“Apa ini menunjukkan bahwa sebagian besar hewan lebih cenderung drop out daripada beradaptasi dengan kondisi yang lebih keras di lintang tinggi,” kata Collins. “Ini bisa mempengaruhi manusia dengan cara yang sangat nyata. Bivalvia melayani peran besar dalam perikanan, dan kami tidak tahu apakah yang paling kami sukai, seperti tiram atau kerang atau kerang, akan menghilang, atau keluar dari tempat memancing mereka yang dapat diakses, karena perubahan iklim di sekitar mereka. “

Studi ini dilakukan pada spesies modern; langkah selanjutnya adalah menambahkan fosil. (Para ilmuwan suka moluska karena cangkangnya mudah difosilkan.) “Misalnya, kami ingin tahu apakah garis keturunan yang mewah berubah lebih cepat dari waktu ke waktu lebih rentan kepunahan atau apakah mereka stabil,” kata Collins.

“Secara keseluruhan, studi baru ini menunjukkan bahwa dimensi keanekaragaman hayati yang berbeda tidak semuanya berubah bersama dalam skala global, dan ketidaksesuaian memberi tahu kita sesuatu yang baru tentang kekuatan yang membentuk kehidupan di bumi,” kata Jablonski.