DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-67370-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39009681
تاريخ النشر: 2024-07-15
المؤلف: Mathias Harzhauser وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث علم الأحياء البحرية والبيئة
نظرة عامة
لقد ميزت ذروة المناخ الميوسيني (MCO، ~17-14 مليون سنة مضت) فترة من التنوع البحري الكبير في منطقة البحر الأبيض المتوسط المحيطة، وخاصة داخل بحر باراثيثيس المركزي. تقدم هذه الدراسة مجموعة بيانات جغرافية مرجعية تضم 859 نوعًا من القواقع، مما يبرز تأثير الديناميات الجيولوجية والمناخ على تغييرات التنوع البيولوجي. أدت إعادة التنظيم التكتوني عند حدود الميوسيني المبكر/الوسط إلى خلق منظر طبيعي يشبه الأرخبيل، مما عزز تنوع المواطن وسمح بتطور الشعاب المرجانية، مما زاد بشكل جماعي من غنى الأنواع. ومع ذلك، أدى الانتقال المناخي في الميوسيني الأوسط (~14-13 مليون سنة مضت) إلى انخفاض حاد في التنوع البيولوجي بنسبة تقارب 67%، مما أثر بشدة على القواقع الآكلة للمرجان والأنواع البحرية العميقة بسبب أنماط الدوران المتغيرة ومستويات البحر المنخفضة التي قسمت المواطن.
تشير النتائج إلى أن بحر باراثيثيس المركزي كان بمثابة نقطة ساخنة ملحوظة لتنوع القواقع البحرية خلال الميوسيني الأوسط، بعد فترة من انخفاض أعداد الأنواع في الميوسيني المبكر. تقترح الدراسة أنه بينما ساهمت الظروف المناخية المواتية والديناميات الجيولوجية في ذروة التنوع، فإن التجزئة اللاحقة وأحداث الانقراض تفاقمت بسبب تغير الظروف الهيدرولوجية، مما أدى إلى زيادة التنوع البيئي بين المناطق الفرعية. تستنتج الأبحاث أن بحر باراثيثيس المركزي يمثل الدور الهام للعوامل الخارجية، مثل المناخ والديناميات الجيولوجية، في تشكيل التنوع البيولوجي البحري، مما يميزها في النهاية كنقطة ساخنة “فاشلة” بسبب طبيعتها العابرة وقابليتها لأحداث الانقراض.
الطرق
تحدد قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث تم استخدام التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب محكومة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة تأثيراتها على النتائج المعنية.
شملت جمع البيانات مقاييس نوعية وكمية، مما يضمن فهمًا شاملاً للظواهر قيد التحقيق. تم إجراء التحليل باستخدام برامج إحصائية قياسية، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05 لتحديد موثوقية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، يوضح القسم طرق أخذ العينات، وخصائص المشاركين، وأي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار خلال عملية البحث. بشكل عام، تم تصميم الطرق المستخدمة بدقة لضمان صحة النتائج وقابليتها للتكرار.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة عن تباينات زمنية ومكانية كبيرة في تنوع الفونا القوقعية في باراثيثيس عبر مراحل جيولوجية مختلفة. تشير أعداد الأنواع إلى زيادة ملحوظة من 51 نوعًا في الميوسيني المبكر إلى 698 في اللانغيان، تليها انخفاض إلى 54 في السرافالليان المتأخر. من الجدير بالذكر أن الأعداد المنخفضة من الأنواع في مراحل الميوسيني المبكر قد تأثرت على الأرجح بتحيزات تافونومية، مما يتطلب تفسيرًا حذرًا. كانت معدلات التغيير أعلى عند حدود الأوتنانجيان/الكارباتيان وحدود البادينيان/السارماتي، بينما ارتفعت معدلات الانقراض بشكل كبير من 15.9% عند حدود الميوسيني المبكر/الوسط إلى ذروتها عند 98.1% عند بداية السارماتي.
تشير التحليلات المكانية للميوسيني الأوسط إلى انخفاض في غنى الأنواع من الجنوب إلى الشمال خلال اللانغيان، والذي انعكس في السرافالليان، حيث أظهر حوض باراثيثيس الشمالي أعلى تنوع. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على زيادة التنوع البيئي بين الأحواض، حيث ارتفعت مسافات جاكارد من 0.52-0.60 في اللانغيان إلى 0.79-0.90 في السرافالليان، مما يعكس تغييرات كبيرة في تركيب الأنواع. تراوحت الأنواع الفريدة، حيث كانت 17.6% من الأنواع في حوض باراثيثيس الجنوبي فريدة خلال اللانغيان، بينما أظهر حوض باراثيثيس الشمالي أعلى نسبة من الأنواع الفريدة في السرافالليان عند 19.1%. تشير نتائج اختبار مانتل إلى عدم وجود هيكل جغرافي حيوي كبير في اللانغيان، مما يتناقض مع الهيكل الملحوظ الذي لوحظ في السرافالليان المبكر. تدعم قوة النتائج ارتباطًا عاليًا بين قيم التنوع البيئي الفرعية والأصلية، مما يشير إلى أن النتائج موثوقة وليست متأثرة بشكل كبير باختيار الأنواع.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير للتكتونيات والمناخ على تنوع القواقع في بحر باراثيثيس المركزي خلال الميوسيني. تشير البيانات إلى زيادة ملحوظة في غنى الأنواع من الميوسيني المبكر إلى الميوسيني الأوسط، مما يتوافق مع إعادة التنظيم التكتوني الذي حول الجغرافيا القديمة للحوض إلى هيكل يشبه الأرخبيل، مما يسهل الاتصالات مع البحر الأبيض المتوسط البدائي. كانت هذه الفترة، التي تميزت بذروة المناخ الميوسيني، تعزز الظروف شبه الاستوائية ونظم الشعاب المرجانية المعقدة، مما أدى إلى نقطة ساخنة للتنوع البيولوجي مع 699 نوعًا، معظمها من ترتيب النيوغاستروبودا.
تناقش الورقة أيضًا عكسًا في تدرجات التنوع، مشيرة إلى تفاوت شمالي-جنوبي في توزيع الأنواع، مع انخفاض كبير في التنوع في حوض باراثيثيس الجنوبي (SPB) خلال السرافالليان. تزامن هذا الانخفاض مع الانتقال المناخي في الميوسيني الأوسط (MMCT)، الذي أدى إلى حدث انقراض كبير (حدث انقراض بادينيان الأوسط، MBEE) الذي قلل من أعداد الأنواع بنسبة تقارب 67.2%. يقترح المؤلفون أن التغيرات في أنماط الدوران وتجزيء المواطن خلال هذا الانتقال المناخي أثرت سلبًا على كل من سكان القواقع البحرية الضحلة والعميقة، مما أدى إلى فقدان كبير في التنوع البيولوجي وتحول نحو إشعاعات فريدة في بعض العائلات. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين العوامل الجيولوجية والمناخية في تشكيل التنوع البيولوجي البحري عبر الزمن.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-67370-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39009681
Publication Date: 2024-07-15
Author(s): Mathias Harzhauser et al.
Primary Topic: Marine Biology and Ecology Research
Overview
The Miocene Climate Optimum (MCO, ~17-14 Ma) marked a period of significant marine biodiversity in the Circum-Mediterranean Region, particularly within the Central Paratethys Sea. This study presents a georeferenced dataset of 859 gastropod species, highlighting the influence of geodynamics and climate on biodiversity changes. The tectonic reorganization at the Early/Middle Miocene boundary created an archipelago-like landscape, fostering habitat heterogeneity and enabling coral reef development, which collectively enhanced species richness. However, the subsequent Middle Miocene Climate Transition (~14-13 Ma) led to a drastic biodiversity decline of approximately 67%, severely impacting corallivorous gastropods and deep-water faunas due to altered circulation patterns and low sea levels that fragmented habitats.
The findings indicate that the Central Paratethys Sea served as a notable hotspot for marine gastropod diversity during the Middle Miocene, following a period of low species numbers in the Early Miocene. The study suggests that while favorable climatic conditions and geodynamics contributed to the diversity peak, the subsequent fragmentation and extinction events were exacerbated by changing hydrological conditions, leading to increased beta diversity among subregions. The research concludes that the Central Paratethys Sea exemplifies the significant role of extrinsic factors, such as climate and geodynamics, in shaping marine biodiversity, ultimately characterizing it as a ‘failed hotspot’ due to its transient nature and susceptibility to extinction events.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled trials, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved both qualitative and quantitative measures, ensuring a comprehensive understanding of the phenomena under investigation. The analysis was performed using standard statistical software, with significance levels set at p < 0.05 to determine the reliability of the findings. Additionally, the section details the sampling methods, participant demographics, and any ethical considerations taken into account during the research process. Overall, the methods employed were rigorously designed to ensure the validity and reproducibility of the results.
Results
The results of this study reveal significant temporal and spatial variations in the diversity of Paratethyan gastropod faunas across different geological stages. Species counts indicate a marked increase from 51 species in the early Burdigalian to 698 in the Langhian, followed by a decline to 54 in the late Serravallian. Notably, the low species numbers in the early Burdigalian stages are likely influenced by taphonomic biases, necessitating cautious interpretation. Turnover rates were highest at the Ottnangian/Karpatian and Badenian/Sarmatian boundaries, while extinction rates escalated dramatically from 15.9% at the Early/Middle Miocene boundary to a peak of 98.1% at the onset of the Sarmatian.
Spatial analyses of the Middle Miocene indicate a decrease in species richness from south to north during the Langhian, which reversed in the Serravallian, where the Northern Paratethyan Basin exhibited the highest diversity. The study also highlights increasing beta diversity among basins, with Jaccard distances rising from 0.52-0.60 in the Langhian to 0.79-0.90 in the Serravallian, reflecting significant changes in species composition. Endemism varied, with 17.6% of species in the Southern Paratethyan Basin being unique during the Langhian, while the Northern Paratethyan Basin showed the highest endemism in the Serravallian at 19.1%. The Mantel test results indicate a lack of significant biogeographic structure in the Langhian, contrasting with the notable structure observed in the early Serravallian. Robustness of the findings is supported by a high correlation between subsampled and original beta diversity values, suggesting that the results are reliable and not significantly influenced by taxon selection.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant influence of tectonics and climate on the diversity of gastropods in the Central Paratethys Sea during the Miocene. The data indicate a marked increase in species richness from the Early to the Middle Miocene, correlating with tectonic reorganization that transformed the basin’s paleogeography into an archipelago-like structure, facilitating connections with the Proto-Mediterranean Sea. This period, characterized by the Miocene Climatic Optimum, fostered subtropical conditions and complex coral reef ecosystems, resulting in a biodiversity hotspot with 699 species, predominantly from the Neogastropoda order.
The paper also discusses a reversal in diversity gradients, noting a north-south disparity in species distribution, with a significant decline in diversity in the Southern Paratethyan Basin (SPB) during the Serravallian. This decline coincided with the Middle Miocene Climatic Transition (MMCT), which led to a major extinction event (Middle Badenian Extinction Event, MBEE) that reduced species numbers by approximately 67.2%. The authors suggest that changes in circulation patterns and habitat fragmentation during this climatic transition adversely affected both shallow and deep-water gastropod populations, culminating in a significant loss of biodiversity and a shift towards endemic radiations in certain families. The findings underscore the complex interplay between geological and climatic factors in shaping marine biodiversity through time.