Termodinamik perspektifinden, kuşların neden göç ettiğini tartışın
Resim kaynağı: Aditya Saxena
Her yıl Grönland'dan Antarktika yönüne göç eden bir grup küçük beyaz kuş, tüm zorluklardan ve engellerden sonra tekrar geri dönerek 44.000 milden (78.111 kilometre) fazla uçuyorlar. Bir Kuzey Kutbu sumrusu için, ömrü boyunca kat ettiği mesafe aya üç ila dört gidiş-dönüş yolculuğuna eşdeğerdir. Aynı zamanda, Kuzey Amerika'da ormanın kenarında yaşayan kara orman tavuğu, sadece üreme alanı ile günlük yaşam alanı arasında bir milden daha az bir mesafe içinde göç eder. Kuşların çoğu hiç göç etmez.
Nature-Ecology and Evolution dergisinde 7 Mayıs'ta yayınlanan bir araştırma, göç modellerindeki büyük farklılıkların ve bunun sonucunda kuş türlerinin dünya çapında dağılımının, kuşların rekabet ortamını yansıttığını gösteriyor. İçinde En iyisini koru Enerji dengesi Ve çaba. Araştırma güçlü bir şekilde kanıtladı Enerji arzı ve talebi Küresel biyoçeşitliliğin yapısını şekillendiren ekolojik ilkeler mi . Çevre bilimcilerine ve ekolojistlere, insan faaliyetlerinin yapıyı ne kadar hızlı değiştireceğini tahmin etmek için güçlü bir araç sağlar.
[Doğal bir deney]
19. yüzyılın başında, doğa bilimci ve kaşif Alexander von Humboldt, tropik bölgelerdeki daha zengin tür yapısını fark etti. İlk keşfeden oydu Bitkiler ve hayvanlar (Kuşlar dahil) Kutup bölgesinden ekvatora geçişle çeşitliliği artan biyologlar . O zamandan beri, bilim adamları iki yüzyılı aşkın süredir gözlemler yaptılar, ancak bu modele neden olan mekanizmayı hala tam olarak anlayamıyorlar.
İlgili hipotezler çoktur. Bazı insanlar, tropikal bölgelerde bin yıldan fazla evrimsel kararlılığa sahip oldukları için, daha fazla türün orada birikmek için yeterli zamana sahip olduğuna inanırken, kutup bölgelerine yakın buzullar yakın bölgelerde türlerin daha sık yok olmasına yol açıyor. Diğerleri ekvatora ne kadar yakınsa sıcaklığın o kadar yüksek olduğuna ve Niş Ortaya çıkmak, böylece türlerin çeşitliliğine katkıda bulunmak.
Ancak bu fikirleri küresel ölçekte tek tek doğrulamak çok zor. Bu nedenle araştırmacılar, açık nedenlere işaret etmeden deneyi belirli türler veya bölgelerle sınırlamak veya geniş bir aralıkta ilgili kanıtları aramak zorunda kaldı.
Yeni yayınlanan makalede bahsedilen yeni mekanizma modeli, bu soruna yönelik önemli bir adımdır. Hipotezi büyük ölçüde destekler: enerji Çevrede bulunup bulunmadığına veya organizma tarafından tüketilip tüketilmediğine Biyolojik çeşitliliğin dünyadaki eşitsiz dağılımını belirlemede kilit bir faktördür .
Her bahar, kar kazları Kuzey Amerika'nın sıcak bölgelerinden (kışı geçirdikleri yer) binlerce mil ötedeki Arktik tundrasına (üreme alanları) göç eder. | Görüntü Kredisi: Krista Lundgren / USFWS
Küresel dağılımını mevsimlerin değişmesiyle sürekli ayarlayan kuşların doğal göçü, "enerji" varsayımını doğrulamak için mükemmel bir doğal deney sağlar. Türlerin dağılımını yönlendiren şey enerjiyse, kuşların yıllık göçü ile birlikte enerji kuralları ile ilgili etkiler ortaya çıkarılmalıdır.
[Sanal bir dünya yaratın]
Yazar Marius Somveille ve meslektaşları göçü simüle ettiğinde olan tam olarak buydu. Daha önce, 10.000'den fazla kuşun küresel dağılımı ve mevsimsel göç modelleri hakkında deneysel veriler topladılar: örneğin, hangi alanlar özellikle zengin veya seyrek ve bazı belirli bölgelerdeki kış veya yaz aylarında tür sayısı.
Bu modellerin arkasındaki nedenleri anlamak için, araştırmacıların bir mekanizma modeli oluşturmaları gerekir. Kıtalar, mevsimler ve buna eşlik eden sıcaklık değişiklikleri ve mevcut enerjideki değişiklikler dahil olmak üzere Dünya'nın basitleştirilmiş bir versiyonu gibi sanal bir dünya yarattılar. (Uydu görüntüleme ölçümlerinden ve çıkarımlarından). Sonra sanal türler, sanal dünyadaki kaynaklar daha fazla tür eklemek için yeterli olmayana kadar dünyaya tek tek eklediler. Gerçek hayattaki kuş verilerinin ortalama değeri esas alınarak, aynı ağırlık, büyüklük ve ekolojik özelliklere sahip her kuş türü hesaplanır.
Bu sanal dünyada türlerin izlediği yol gösterici ilkeler, Her türün enerji açısından en verimli şekilde hayatta kalması mı? , Göç, ancak kuşlara daha iyi bir enerji dengesi sağlayabildiğinde gerçekleşir. Her sanal tür eklendiğinde, bir milyondan fazla rastgele sahne vardır: örneğin, kışı Brezilya'da ve yazı Amerika Birleşik Devletleri'nde geçirebilir; veya yazı Brezilya'da geçirip kışı Amerika Birleşik Devletleri'nde geçirebilir; veya tüm yıl boyunca Brezilya'da olabilir. Ya da belki tüm yıl Amerika Birleşik Devletleri'nde. Ve dünyada göç yolları için varış noktası olarak kullanılabilecek birçok bölge var.
Model, diğer sanal türlerin farklı konumlardaki rekabetini göz önünde bulundurarak, her yeni türün, en fazla enerjiyi elde edebilecek sahneyi seçmesi ve aynı zamanda etkileşimini en aza indirgemesini şart koşmaktadır. metabolizma , Doğurmak , Termal düzenleme ile göç Dört ilgili enerji tüketimi.
Araştırmacıların simülasyonları bu basit kurallara dayanmaktadır. Beklendiği gibi, eklenen ilk sanal türler yıl boyunca tropik bölgelerde kaldı: Sonuçta, bol miktarda kaynak var ve kuşların ısınmak için enerji tüketmeleri gerekmiyor. Ancak savaşa giderek daha fazla tür katıldıkça, tropik bölgelerde uzun süre yaşamak artık ideal bir strateji olmaktan çıkıyor. Aksine, bazı türler rekabeti azaltmak için başka yerlere veya mevsimsel göç yoluyla taşınacaktır.
Enerji verimliliği kuşların göçünü nasıl yönlendirir: Sol, gerçek durumlarda gözlemlenen göç modelidir; sağ, simüle edilmiş göç modelidir. Yukarıdaki resim, kuş türlerinin sayısındaki mevsimsel değişiklikleri göstermektedir.Kırmızı, kuzeyde yazın en yüksek değeri, mavi ise kuzeyde kışın en yüksek değeri temsil etmektedir; aşağıdaki resim göçmen kuşların bölgesel oranını göstermektedir. Açık (sarı), oranın düşük olduğunu, beyaz ise göç olmadığını gösterir. | Resim kaynağı: Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine
en sonunda, Farklı sanal türler tüm sanal dünyayı doldurur ve bu türlerin nihai dağılımı, bilim adamları tarafından toplanan verilere ve kuşların gerçek dağılımına çok benzer. . Model, göç davranışını çok yüksek bir doğrulukla tahmin edebilir ve hatta aynı sayıda türün ayrılıp ayrıldığı alanları işaretleyebilir - doğası gereği alışılmadık görünen bir fenomen (çünkü net bir değişim yoksa, Türler yerinde kalmalı), ancak şimdi bunu basit enerji değerlendirmeleri ile açıklayabiliriz.
Ancak bilim adamları, sanal dünyaya sistematik olarak tür ekleme sürecinin kuşların gerçek evrimsel tarihini yansıtmadığına da dikkat çekti. Aslında türlerin tek tek eklenmesi ile üretilen bu mevsimsel dağılım örüntüsünün gerçek doğaya yakın bir duruma yol açabileceği gerçeği göstermektedir ki ... Enerji faktörlerinin etkisi o kadar büyüktür ki, kuşların evrimsel geçmişi bilinen durumdan farklı olsa bile gözlemlediğimiz dağılım modeli ortaya çıkabilir. .
Bir başka sürpriz, sanal türlerin metabolizma, üreme, termal düzenleme ve göç için harcadığı enerjiyi gözlemlemekten geliyor. Simülasyonda bu değerler, türler için en uygun çözüm olarak kendiliğinden ortaya çıkıyor. Ancak bilim adamları bunları bilimsel literatürdeki değerlerle karşılaştırırken doğal aktivitelerde gözlemlenen ortalama değerlere de çok yakın olduklarını buldular.
Makalenin ikinci yazarı Ana Rodrigues, " Yalnızca birkaç parametreye sahip bu basit sanal dünya, gerçek dünyada gördüğümüz nitelikleri ve kalıpları yeniden üretir. Enerji kanunu Gerçek kuşların göçünü açıklayın ve güçlü destek sağlayın . "
Bazı evrimsel biyologlar, bu sanal türler gerçek kuşların özelliklerindeki değişiklikleri daha iyi yansıtabilirse, modelin gerçek dünyada görülen daha fazla ayrıntıyı yakalayabileceğine de dikkat çekti.
Yazar Somveille, bu modelin güzelliği olduğunu söyledi, çünkü temsil ediyor Sıradan bir kuşun enerji dengesi optimize edildiği sürece, tüm dünyada neler olduğunu açıklayabilir. , Bu küresel kalıpların ortaya çıkışını anlamak için türler arasındaki bireysel farklılıklara bakmanıza gerek yok .
Bu çalışmada göç sistemleri arasındaki farklılıklar daha anlamlı hale gelmeye başladı. İnsan bakış açısından, kuşların binlerce kilometre boyunca göç etmesi mantıksız görünüyor. fakat Gerçekler, daha geniş ölçekte, böylesine büyük bir yolculuğun, faydaları çok açık olmasa bile enerji açısından olumlu yönde faydalı olduğunu kanıtladı. .
Bu keşfi daha da pekiştirmek için, araştırmacılar ayrıca modeldeki parametreleri değiştirerek durumdaki değişiklikleri gözlemlediler. onlar Sanal kuşun enerji dengesinin idealliğini azaltın Başka bir deyişle, kuşlar yalnızca maksimum enerjiyi elde edebiliyorsa veya yalnızca enerji tüketimini en aza indirebiliyorsa veya iki mod rastgele bir şekilde birleştirilir, ancak ikisi aynı anda olmazsa, o zaman Simüle edilen dağıtım modeli doğal modele uymuyor .
[Geçmişe ve geleceğe girin]
Basitleştirilmiş varsayımlara dayanan birçok model gibi, bu modelin de kendine ait sınırlama . Araştırmacılar, sanal dünyanın gerçek dünyadan daha az kuş türü içerdiğine dikkat çekti ve bazı bölge türlerinde, özellikle And Dağları veya Himalayalar gibi dağlık bölgelerde model çok doğru değil. Belki bu ortamlarda, arazi ,veya Türleşme oranı Değişiklikler meydana geldiğinde bunlar gibi faktörler daha önemli bir rol oynayacaktır.
Genel olarak bu, küresel ölçekte enerji verimliliğinin tek başına türlerin dağılımını açıklamak için yeterli olduğu anlamına gelebilir, ancak belirli bir alana veya türlerin bir alt grubuna yakınlaştırıldığında, diğer bazı süreçler bunun yerel olduğunu gösterebilir. Türlerin daha büyük etkisi vardır.
Kuşkusuz, model kuşların evriminin uygun enerji verimli yolları seçtiğini gösterse de, küresel veya yerel ölçekte en iyi çözümleri nasıl elde edebileceklerine dair ayrıntılar sağlamıyor.
Bu sorunu bir kenara bırakırsak, araştırmacılar modellerini geçmiş ve gelecek hakkında yeni içgörüler elde etmek için kullanmak istiyorlar. İklim değişikliğinden tarım sistemlerinin ve şehirlerin ortaya çıkmasına kadar, insan faaliyetleri dünyayı büyük ölçüde etkiliyor. Bilim adamları göç modellerinde değişiklik belirtileri gördü . Örneğin, Avrupa'da beyaz leylekler, hava artık soğuk olmadığı için kışın göç etmeyi bıraktı ve yıl boyunca insan atıklarından daha iyi yiyecek elde edebiliyorlar.
Beyaz leylek. | Resim kaynağı: Piksel karıştırıcı
Somveille, bu yeni göç modelini kullanarak, potansiyel enerji veya sıcaklık haritasını güncelleyerek daha sonra ne olacağını tahmin edebileceğini söyledi. Küresel göç sisteminin tarihini yeniden inşa etmek için buzul çağında ve diğer dönemlerde ortaya çıkmış olabilecek kalıpları değerlendirmek için benzer yöntemler kullanmayı planlıyor.
Bu araştırma sadece kuşlar için değil, hareket edebilen her şey belli bir oranda göç edecek. Bu nedenle, deniz memelileri, balıklar, böcekler ve diğer hayvan türleri de gelecekteki araştırmaların nesneleri olacaktır. Araştırmacı, daha kapsamlı izleme verileri toplandıkça, bu modelin diğer hayvanlar için uygun olup olmadığını teyit edebileceğini umduğunu ifade etti.
Somveille, bir türdeki bireylerin yeniden dağılımını açıklamak için kullanılıp kullanılamayacağını belirlemek için modeli iyileştirmeyi de umuyor. Bu kolaylaştıracak Koruma Tahmin çalışmasının yönü. "Şu anki anlayışımız küresel, ancak biyologların küresel modellere dayalı özel koruma eylemleri tasarlamaları zor." Dedi.
Aynı zamanda Somveille ve ekibi tarafından geliştirilen küresel model, biyoçeşitlilik trendlerini anlamamız için sağlam bir temel oluşturdu. Ornitolog Andrew Farnsworth'un dediği gibi: "Biyoloji için, sistemler genellikle değişikliklerinin çoğunu yakalayan bazı temel özelliklere sahiptir. Bu bulmacadaki bazı temel sorunlar, oluşumunu sınırlar. Ve şimdi, Bunun enerji verimliliği olduğunu kanıtlayın. "
Metin: Jordana Cepelewicz
Tercüme: İkinci Hükümdar
Orijinal bağlantı: https://www.quantamagazine.org/a-thermodynamic-answer-to-why-birds-migrate-20180507/
