Space-for-time substitution reveals partial transferability of marine biodiversity-temperature relationships

地球が温暖化するにつれて地球上の生命がどのように変化するかを理解するために、科学者たちはしばしば困難な選択に直面する。彼らは未来が展開するのを何十年も待つことはできないため、現在の中に手がかりを見出さなければならない。一般的な戦略の一つは、同時期における異なる場所を比較することである。もし今日の暖かい海洋が、冷たい海洋よりも少ない種を保持しているならば、研究者は、将来的に冷たい海洋が温暖化すれば、同様の種の減少が起こると仮定する。「空間による時間の代用（space-for-time substitution）」として知られるこの手法は、地理を時間の代わりとして扱い、地図上の生命を支配する規則が、歴史を通じた生命の規則と同じであると仮定している。海洋の生命が数千年にわたってどのように変化してきたかについての詳細な記録は極めて稀であるため、これは実用的な必然性に基づいている。しかし、根本的な問いは、今日の世界の断片的なスナップショットが、果たして明日どのように世界が変化するかを真に予測できるのかという点に残されている。

ある研究チームは、プランクトン性の有孔虫の微小で古代の殻を用いて、この仮定を直接検証することに決めた。これらの微小な生物は海中を漂い、海底に化石化した遺骸の層を残すことで、悠久の時を遡る連続的な生命の記録を作り出す。現代におけるこれらの生物の生息域に関するデータと、特定の場所における化石記録を組み合わせることで、科学者たちは変化を測定する二つの異なる方法を比較することができた。彼らは、単一の時点において世界中でどのように種組成が変化するかを調べ、それを、水温が変化した数千年の間に単一の場所においてどのように組成が変化したかと比較した。また、両方のシナリオにおいて、総種数（アルファ多様性として知られる）が温度にどのように反応したかも調査した。

結果は、これら二つのアプローチの間に、微妙ながらも重要な相違があることを明らかにした。研究者が、種のターンオーバー（ある生物群が別の生物群へと入れ替わること）が温度にどのように反応するかをモデル化した際、ターンオーバーの強さは空間と時間の両方で同様であった。しかし、出発点が異なっていた。地理に基づくモデルは、歴史に基づくモデルよりも、全温度範囲にわたって一貫して高い種ターンオーバー率を予測した。たとえ科学者たちが、化石記録に見られる特定の温度範囲のみに一致するように地理的な比較を絞り込んだとしても、出発点の不一致は残ったが、その差は小さくなった。このことは、異なる場所を見ることが生命が進むべき一般的な方向性を捉える上では有用であるが、変化の大きさを過大評価する傾向があることを示唆している。

特定の場所における総種数については、地理的モデルの方が優れた性能を示し、温度に伴う多様性の変化に関する歴史的記録と密接に一致した。これは、空間による時間の代用というアプローチが、生物多様性の変化の広範な方向性を捉えることはできるものの、時間の経過とともにどれほどの変化が起こるかを正確に予測することには苦慮することを示している。この研究は、この手法を完全に否定するものではないが、その限界を明確にしている。本研究で扱われた時間スケールにおいては、現在の地図を用いて未来のタイムラインを予測することは、方向を示す信頼できるコンパスにはなるが、旅の距離を測定する際には精度に欠けるのである。