ความสมบูรณ์ของชนิดพันธุ์ในท้องถิ่น จำนวนชนิดที่มีอยู่ร่วมกันในชุมชนท้องถิ่น เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญของความหลากหลายทางชีวภาพ นักวิทยาศาสตร์ทราบมาเป็นเวลากว่า 200 ปีแล้วว่ามีสายพันธุ์ท้องถิ่นจำนวนมากอาศัยอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร แล้วค่อยๆ ลดลงสู่ละติจูดกลางและสูงกว่า อย่างไรก็ตาม เหตุใดความสมบูรณ์ของพันธุ์สัตว์ในท้องถิ่นจึงแตกต่างกันไปในแต่ละสถานที่
มหาวิทยาลัย Purdue ได้นำการศึกษาวิจัยร่วมกับผู้เขียนร่วม 249 คนจากกว่า 50 ประเทศ ซึ่งวิเคราะห์ฐานข้อมูลที่มีขนาดและรายละเอียดที่ไม่มีใครเทียบได้ เพื่อทำความเข้าใจความผันแปรทางภูมิศาสตร์ของความสมบูรณ์ของพันธุ์ไม้ในท้องถิ่นทั่วทั้งพื้นที่ป่าไม้ทั่วโลกและสาเหตุพื้นฐานของรูปแบบทั่วโลกนี้ พวกเขาพบว่าปัจจัยหลายประการ เช่น ธรณีสัณฐาน ดิน และผลกระทบของมนุษย์ ควบคุมความสมบูรณ์ของชนิดพันธุ์ในท้องถิ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเขตร้อน
Jingjing Liangรองศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยาป่าไม้เชิงปริมาณที่ Purdue กล่าวว่า “โดยปกติ ผู้คนจะคาดหวังว่าอุณหภูมิและปริมาณน้ำฝนจะเป็นตัวขับเคลื่อนหลักเบื้องหลังความสมบูรณ์ของพันธุ์พืชในท้องถิ่นและรูปแบบความหลากหลายทางชีวภาพ” “อย่างไรก็ตาม ความประหลาดใจอย่างหนึ่งที่เราพบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเขตร้อนชื้น ก็คือ แท้จริงแล้วมันเป็นการผสมผสานของปัจจัยต่างๆ”
การศึกษาโดยใช้ตัวอย่าง 1.3 ล้านแปลงและต้นไม้ 55 ล้านต้นที่เก็บไว้ใน ฐานข้อมูล Global Forest Biodiversity Initiative ปรากฏในวารสาร Nature Ecology and Evolution รายชื่อผู้เขียนร่วมประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ของ Purdue 11 คน ร่วมกับ Forest Advanced Computing and Artificial Intelligence Laboratoryแผนก ป่าไม้และทรัพยากรธรรมชาติ และ พฤกษศาสตร์และพยาธิวิทยาของพืชและ Rosen Center for Advanced Computing วิดีโอพร้อมใช้ งานออนไลน์
“เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นที่ได้เห็นทักษะความเป็นผู้นำและความรู้ด้านเทคนิคที่ Jingjing นำมาเพื่อให้การประเมินรูปแบบความหลากหลายทางชีวภาพทั่วโลก เขารวบรวมกลุ่มผู้เชี่ยวชาญที่น่าประทับใจและข้อมูลมากมายเพื่อทำงานสำคัญนี้ให้สำเร็จ” Karen Plautคณบดีฝ่ายการเกษตร Glenn W. Sample ของ Purdue กล่าว
นักวิจัยเชื่อมโยงการค้นพบนี้ ซึ่งครอบคลุม 97% ของป่าไม้ทั่วโลก โดยมีแนวโน้มว่าจะมีความอุดมสมบูรณ์ของสายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ตามละติจูด แนวโน้มเริ่มต้นโดยเฉลี่ย 98 ชนิดต่อเฮกตาร์ (พื้นที่ครอบคลุมเกือบ 2.5 เอเคอร์) ที่เส้นศูนย์สูตร จำนวนชนิดลดลงจนกว่าจะคงที่ที่ประมาณสี่ชนิดต่อเฮกตาร์ที่ทั้ง 50 องศาเหนือและใต้ของเส้นศูนย์สูตร ทีมงานได้ระบุตำแหน่งของป่าเขตร้อนที่มีความหลากหลายมากที่สุดในโลก (ใน Amazonia ที่มีต้นไม้มากกว่า 200 สายพันธุ์ต่อเฮกตาร์) รวมถึงป่าเขตอบอุ่นที่มีความหลากหลายมากที่สุด (ในชิลีตอนกลางตอนใต้ที่มีมากถึง 50 สายพันธุ์ต่อเฮกตาร์)
Mo Zhouรองศาสตราจารย์ด้านเศรษฐศาสตร์ป่าไม้กล่าวว่า “ด้วยทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัดสำหรับการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพ ความสมบูรณ์ของสายพันธุ์ที่มีความละเอียดสูงและแผนที่จำกัดร่วมที่ผลิตขึ้นที่นี่จึงเป็นรากฐานในการปรับความพยายามในการอนุรักษ์ให้เหมาะสมทั่วโลกและในระดับท้องถิ่น และการจัดการที่ Purdue “สิ่งเหล่านี้จะช่วยให้สามารถวางแผนได้อย่างชัดเจนและสอดคล้องกันเชิงพื้นที่ซึ่งเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ”
หนึ่งในสามของผู้เขียนร่วมในการศึกษานี้อาศัยอยู่ในภูมิภาคที่ไม่ค่อยมีบทบาท เช่น แอฟริกาและอเมริกาใต้ Liang สามารถควบคุมจุดแข็งของทีมที่มีความหลากหลายสูงได้ผ่าน Science-iซึ่งเป็นแพลตฟอร์มบนเว็บที่เขาก่อตั้งขึ้น
Liang กล่าวว่า “ทุกแง่มุมของโครงการได้รับการจัดทำเป็นเอกสารและพร้อมให้ผู้เขียนร่วมทุกคนเข้าถึงได้ทันที เพื่อให้ทุกคนสามารถพูดคุย มีส่วนร่วม และให้ข้อมูลได้อย่างโปร่งใส ยุติธรรม และคล่องตัว”
การวิจัยจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสถิติเลวร้ายของสิ่งมีชีวิตบน โลกได้ ดีขึ้น
“หนึ่งในเจ็ดสายพันธุ์อยู่ในประเภทที่ใกล้สูญพันธุ์” เขากล่าว “ตอนนี้ เราไม่มีการประเมินที่ดีว่าอะไรที่สร้างรูปแบบตามธรรมชาติของความหลากหลายที่เราเคยเห็นบนโลก และผลกระทบจากความวุ่นวายของมนุษย์ส่งผลกระทบต่อสิ่งนั้นอย่างไร กระดาษมุ่งเน้นไปที่ทั้งสองด้าน”
ทรัพยากรที่ Rosen Center for Advanced Computingของ Purdue ซึ่งรวมถึง คลัสเตอร์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ของ Brown และ Bell มีความจำเป็นในการประมวลผลข้อมูลขนาดกิกะไบต์ที่ผู้เขียนร่วมให้มา แต่ก่อนอื่น นักวิจัยต้องจัดระเบียบและจัดรูปแบบชุดข้อมูลขนาดใหญ่ทั่วโลกในลักษณะเดียวกัน จากนั้นจึงวิเคราะห์ด้วยวิธีการสร้างแบบจำลองวิธีเดียว
“กรอบการวิเคราะห์และการสร้างแบบจำลองที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ค่อนข้างแปลกใหม่ในตัวเอง” ผู้เขียนร่วมการศึกษา Douglass Jacobs , Fred M. van Eck ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาป่าไม้และรองหัวหน้าแผนก Purdue Extensionกล่าว “สิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดอย่างหนึ่งเกี่ยวกับบทความนี้คือศักยภาพในการใช้กรอบงานประเภทเดียวกันเพื่อจัดการกับคำถามที่เร่งด่วนและมีความทะเยอทะยานมากขึ้นในอนาคต”
ความเป็นไปได้สำหรับการทำงานในอนาคต ได้แก่ การใช้เครือข่ายและฐานข้อมูลทั่วโลกเพื่อดูรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงความหลากหลายทางชีวภาพในช่วงหลายปีที่ผ่านมา
“นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามหาปริมาณผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับท้องถิ่น ระดับภูมิภาค และในระดับโลก” จาคอบส์กล่าว การศึกษาดังกล่าวสามารถช่วยตอบคำถามเกี่ยวกับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่มีต่อการเจริญเติบโตและการอยู่รอดของต้นไม้ในระดับต่างๆ
นักวิทยาศาสตร์จากประเทศด้อยโอกาสทั่วโลกสามารถใช้ประโยชน์จากแพลตฟอร์ม Science-i เพื่อเสนอแนวคิดใหม่ๆ ที่ทั้งทีมสามารถช่วยสนับสนุนได้
“มีนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ที่เก่งกาจจากประเทศกำลังพัฒนาทั่วโลก แต่พวกเขาถูกจำกัดด้วยทรัพยากรของพวกเขาในการดำเนินการวิจัยที่มีผลกระทบสูง” เหลียงกล่าว
ปริญญาเอก นักเรียนที่ทำงานในห้องทดลองของ Jacobs กำลังใช้ประโยชน์จากแพลตฟอร์ม Science-i อยู่แล้ว Aziz Ebrahimi ได้ศึกษาวอลนัทเปอร์เซียของอิหร่านมาก่อนในอาชีพของเขา ตอนนี้เขาใช้ Science-i เพื่อสำรวจความหลากหลายของสายพันธุ์วอลนัททั่วโลก
งานข้างหน้าคือการทำให้นักวิทยาศาสตร์ทุกหนแห่งได้รับชุดข้อมูลที่สะอาด สม่ำเสมอ และปรับเปลี่ยนได้ง่ายจากภูมิภาคที่ด้อยโอกาสของโลก
“นั่นอาจเป็นความคิดริเริ่มการวิจัยด้วยตัวของมันเอง และจิงจิงมีเวทีที่จะบรรลุเป้าหมายนั้นได้” เจคอบส์กล่าว
Liang และ Pijanowski ได้ร่วมมือกันในโครงการที่แยกจากกันแต่ได้รับทุนสนับสนุนจาก NASA ในการทำแผนที่รูปแบบความหลากหลายทางชีวภาพทั่วโลกโดยใช้ชุดข้อมูลเกี่ยวกับความหลากหลายของต้นไม้และเสียงของสัตว์ ด้วยชุดข้อมูลเหล่านี้ ซึ่งเป็นชุดข้อมูลที่ใหญ่ที่สุดในโลก ทั้งคู่จะจับคู่รูปแบบความหลากหลายทั่วโลก โดยคำนึงถึงสาเหตุตามธรรมชาติและเกิดจากฝีมือมนุษย์ นอกจากนี้ พวกเขายังเพิ่มข้อมูลใหม่ที่รวบรวมโดยอุปกรณ์บันทึกแบบพาสซีฟ โดรน และเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ
“เราถูกท้าทายมาหลายร้อยปีในการทำความเข้าใจรูปแบบความหลากหลายทางชีวภาพบนโลก” Pijanowski กล่าว “เมื่อเร็ว ๆ นี้เองที่เราสามารถรวบรวมข้อมูลและรวบรวมและนำมารวมกันและให้คอมพิวเตอร์ช่วยเราวิเคราะห์ได้ ฉันหวังว่านี่จะเป็นครั้งแรกของการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆ ในระดับโลก”
งานนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยกระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกา (1017711 และ 1016676) การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (12000401) และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF-DBI-2021898)
ผู้เขียน: Steve Koppes
ติดต่อสื่อ: Maureen Manier, mmanier@purdue.edu
ที่มา: Jingjing Liang, jjliang@purdue.edu
การสื่อสารทางการเกษตร: 765-494-8415;
Maureen Manier หัวหน้าแผนก mmanier@purdue.edu
