Rosnące stężenie CO2 a wymieranie pszczół

Naukowcy badający przyczyny wymierania populacji pszczół zidentyfikowali nowego winowajcę – gwałtownie rosnące stężenie dwutlenku węgla w powietrzu, powodujący zmiany fizjologii roślin i wyraźnie obniżający poziom białka w ważnych źródłach pyłku.

Okazy nawłoci, umieszczone w archiwalnych papierowych teczkach, ułożone są w stosy wewnątrz ciągnących się od podłogi do sufitu metalowych przegród w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej Smithsonian Institute. Znajdująca się w herbarium kolekcja zawiera egzemplarze gromadzone od 1842 roku do czasów współczesnych i jest częścią historycznych zbiorów 5 milionów sztuk roślin z całego świata. Badacze postanowili skorzystać z tej kolekcji, by badać zawartość białka w pyłku nawłoci – szeroko rozpowszechnionej byliny kwitnącej w całej Ameryce Północnej od lata do późnej jesieni, która jest kluczowym, późnosezonowym źródłem pożywienia pszczół.

Pszczoła

Rysunek 1. Pszczoła stołująca się na nawłoci, Somerville. Zdjęcie: ptgbirdlover (licencja CC BY 2.0).

 Młodsze próbki na pierwszy rzut oka wyglądają podobnie do starszych. Jednak przy bliższym przyjrzeniu się sytuacja się zmienia. Naukowcy badający skład pyłku w nawłociach zebranych między 1842 a 2014 rokiem, gdy stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrosło z 280 ppm do blisko 400 ppm odkryli, że najnowsze próbki pyłku zawierają o 30% mniej białka (Ziska i in., 2016 [pełna wersja]). Największy spadek zawartości białka miał miejsce w latach 1960-2014, gdy wzrost zawartości CO2 w atmosferze gwałtownie rósł.

Rysunek 2. Zmiany zawartości białka w pyłkach historycznych egzemplarzach nawłoci z herbarium Smithsonian Institute w funkcji zmian CO2 w czasie życia rośliny. Źródło Ziska i in., 2016.

Hipotezę zależności zawartości białka w roślinach od stężenia CO2 sprawdzono w badaniach terenowych. Przeprowadzone doświadczenia polowe, w których nawłocie wystawiono na wpływ różnego stężenia CO2 od 280 do 500 ppm, dały wynik podobny jak analiza roślin przechowywanych w muzeum.

Rysunek 3. Zmiany zawartości białka w nawłociach podczas eksperymentu terenowego podczas którego wystawiano rośliny na różne stężenia CO2. Źródło Ziska i in., 2016.

Uzyskany wynik nie jest odosobniony. W ponad setce innych wcześniejszych badań wykazano, że rosnący poziom CO2 powoduje spadek wartości odżywczych roślin takich, jak pszenica czy ryż. Ale praca naukowa nad nawłocią, opublikowana w kwietniu 2016 roku (Ziska i in., 2016), była pierwszą analizą wpływu tego zjawiska na dietę pszczół. Jej wnioski są niepokojące: niekorzystny wpływ podnoszącego się stężenia CO2 na zawartość białka w pyłku może odgrywać pewną rolę w problemie wymierania populacji pszczół na świecie, bo zagraża właściwemu odżywieniu tych owadów, a tym samym ich sukcesowi reprodukcyjnemu.

Jak to określił Lewis Ziska, fizjolog roślin w oddziale badawczym Amerykańskiego Departamentu Rolnictwa (USDA) i główny autor badania,

Pyłek stał się dla pszczół „śmieciowym jedzeniem”.

Atmosferyczny dwutlenek węgla jest budulcem dla roślinnych cukrów, wzrost jego stężenia wpływa więc na fizjologię roślin, umożliwiając częściom roślin zawierającym więcej skrobi na intensywny wzrost, co często opisuje się jako „efekt nawożenia CO2” i przedstawia jako coś korzystnego. Jednak, jak pokazuje badanie, w przypadku nawłoci ten wzrost zasadniczo „rozwadnia” całkowitą zawartość białka w całej roślinie, zamiast koncentrować je w nasionach, co powoduje, że pyłek ma więcej skrobi, ale mniej białka.

Wiedziałem o teoretycznych pracach dotyczących owadów, prognozujących, że rosnące stężenie CO2 będzie obniżało zawartość białka w liściach, przez co owady będą musiały jeść więcej liści, żeby zdobyć tę samą ilość białka. Ale do teraz nie wiedzieliśmy, jak CO2 wpływa na zawartość białka w pyłku,

mówi Ziska.

Badanie Ziski i in. łączy wiedzę na temat tego, co się dzieje z pszczołami z tym jak CO2 wpływa na jakość roślin. Populacjom pszczół zagraża wiele nowych, a co gorsza kumulujących się czynników stresowych. W latach 2006-2011 straty kolonii pszczół miodnych wyniosły w USA według USDA średnio 33% co roku. Pszczelarze byli zmuszeni uzupełnić 50% swoich kolonii w ostatnich latach. Za masowe wymieranie pszczół obwinia się czynniki takie jak epidemie warrozy i użycie pestycydów z grupy neonikotynoidów. Jak zauważa Ziska, są to jak najbardziej realne problemy, ale to w jaki sposób pszczoły reagują na te czynniki stresowe, może być wzmacniane przez ich problemy z odżywianiem.

Pszczoły jedzą dwie rzeczy, które utrzymują je przy życiu: nektar i pyłek, które są zasadniczo cukrem i białkiem. Pszczoły mogą wyszukać dobre źródło nektaru i powiedzieć reszcie ula, gdzie się on znajduje. Ale nie mają strategii komunikacyjnej, jeśli chodzi o białko. Nie mogą rozpoznać, czy pyłek, który jedzą jest dobrym źródłem białka czy nie. A późną jesienią, gdy zaczynają gromadzić pożywienie na zimę, wybór źródeł pyłku jest ubogi.

Pszczoły miodne i dzikie pszczoły nie mają w menu wielu różnych gatunków roślin, pomiędzy którymi mogą wybierać. To, że nawłoć i astry są jedynym pożywieniem dostępnym dla pszczół [pod koniec sezonu], ogranicza ich możliwość adaptacji. Nie mogą przestawić się na inne źródło pożywienia.

mówi Joan Edwards, ekolog badająca pyłki z Williams College w Massachusetts i współautorka badania.

Rysunek 4. Pszczoła zbliża się do kwiatów astra, zdjęcie Lesley Wilson (licencja CC BY-NC-ND 2.0)

Niektórzy pszczelarze zaczęli uzupełniać pożywienie dla pszczół miodnych, ale dzikie zapylacze (na przykład trzmiele) nie mogą na to liczyć. Jak zauważa Edwards:

Dzikie zapylacze mają największy udział w zapylaniu (…) Trzmiele i dzikie pszczoły zapewniają darmowe usługi ekosystemowe dla naszego łańcucha żywnościowego. Brak białka zagraża dzikim zapylaczom, co w rezultacie ma ogromne konsekwencje dla zdrowia ludzi.

Od zapylania zależy wielkość zbiorów owoców, warzyw, nasion, orzechów i wielu innych. W sumie około 35% zbiorów wynika z aktywności zapylaczy.

W przeciwieństwie do innych owadów, które będą jadły więcej liści, by skompensować niski poziom białka w pożywieniu, pszczoły jedzą określoną ilość pyłku i nie zwiększą konsumpcji ze względu na jego gorszą wartość odżywczą. Ogólnie dieta zapylaczy ubożeje ze względu na degradację gleb, użycie pestycydów, niszczenie siedlisk, a do tego teraz jeszcze spada zawartość białka w pyłku,

mówi entomolog Jeff Pettis, badacz z laboratorium pszczelarskiego Federalnego Departamentu Rolnictwa USA (USDA).

Naukowcy wiedzą, że pyłek gorszej jakości jest bezpośrednią przyczyną zmniejszania się kolonii pszczół, wpływając na rozmiar i siłę roju, który przetrwa do następnej wiosny. Brak składników odżywczych może zmienić zachowanie owadów i ich kondycję, przyczynić się do zniszczenia roju i pogorszenia zdrowia zapylaczy. May Berenbaum, profesor entomologii na Uniwersytecie Illinois mówi, że nadeszły ciężkie czasy dla zapylaczy, jeśli chodzi o zdobycie wystarczającej ilości białka:

Spadająca jakość białka prawie na pewno wpływa na pszczoły (…) Właściwe odżywianie jest kluczowe zarówno dla zdrowia pszczół, tak jak ludzi, bo pozwala odpierać zagrożenia zdrowotne. Dowody na to, że jakość ich pożywienia spada są bardzo złą wiadomością.

Efekt słabszego odżywienia sam w sobie nie spowodowałby obserwowanego wymierania rojów, ale osłabia owady, wystawione na wiele zagrażających im czynników.

To jak śmierć od tysiąca ciosów. Biorąc pod uwagę wszystkie czynniki stresowe dla pszczół, [żywność niższej jakości] może stać się kroplą przepełniającą czarę.

mówi David Hawthorne, profesor entomologii na Uniwersytecie Maryland.

Rysunek 5. Trzmiel i kwiaty wiśni. Zdjęcie: Maximilian Helm (licencja CC BY 2.0).

Zmiany w odżywczej wartości roślin i ich wpływ na zapylacze, leżą w obszarze zainteresowań nowej dziedziny interdyscyplinarnych studiów określanej jako „Zdrowie planetarne”. Ma ona na celu ocenę zależności między zmieniającą się planetą, a roślinami i zdrowiem ludzi.

Samuel Myers, starszy badacz na harvardzkiej Szkole Zdrowia Publicznego opublikował niedawno przełomowe badanie pokazujące, jak rosnące stężenie CO2 obniża odżywczą jakość takich produktów rolnych, jak ryż, pszenica czy kukurydza, które rosnąc w atmosferze o wyższym stężeniu CO2 tracą znaczące ilości cynku, żelaza i białka (Myers i in., 2014). Skład roślin zależy od równowagi między powietrzem, glebą i wodą. Podczas gdy CO2, źródło węgla dla wzrostu roślin, szybko przyrasta w atmosferze, składniki gleby – takie jak azot, żelazo czy magnez – dostępne są w mniej więcej stałych ilościach. W rezultacie rośliny produkują więcej węglowodanów, ale „rozcieńczeniu” ulegają inne składniki odżywcze.

W jednym z badań Myers oszacował, że niższe wartości odżywcze w plonach spowodują, że około 132-180 mln ludzi będzie zagrożonych niedoborami cynku. Jak mówi:

Niskie poziomy mikroelementów [w zbożach] już obecnie są ogromnym problemem zdrowotnym tam, gdzie ludzie uzyskują żelazo i cynk głównie z tego rodzaju upraw. Wraz z rosnącym stężeniem CO2, nastąpi dalsza znacząca redukcja ich dostępności. To kolejny poważny problem światowego systemu żywnościowego. (...)

Można sobie wyobrazić, że istnieją także inne skutki żywieniowe przyrostu CO2, które wciąż wymagają odkrycia. Jeśli tak się dzieje z nawłocią, nie ma powodu, by uważać, że nie dzieje się to z innymi roślinami.

Nowe projekty badawcze mają na celu połączenie analiz Myersa i Ziski, by lepiej zrozumieć gdzie pojawia się problem zmniejszonej ilości białka w pyłku i jak wpływa to na odżywienie oraz zdrowie populacji pszczół.

Jak podkreśla Myers, zaskoczenie jest stałym elementem badań w dziedzinie zdrowia planetarnego, co obrazują też m.in. badania Ziska:

Całkowicie zmieniamy warunki biofizyczne, które podtrzymują światowy system żywnościowy (…) Globalne zapotrzebowanie na żywność szybko rośnie, a równocześnie warunki biofizyczne podtrzymujące życie na planecie zmieniają się gwałtowniej niż kiedykolwiek wcześniej. Będzie więcej niespodzianek. To czubek góry lodowej w naszym rozumieniu wpływu na zdrowie systemu, który ulega gwałtownej transformacji.

Ziska uważa, że rośliny, adaptując się do rosnącego poziomu atmosferycznego CO2 będą się zmieniać. Wskazując na piętrzące się stosy okazów w herbarium Muzeum Historii Naturalnej, mówi:

Tutaj jest 450 000 gatunków roślin, a każdy żywy organizm zależy od roślin jako źródła pożywienia. Fakt, że one się zmieniają - każda w inny sposób w niespotykanym tempie - powoduje, że próby oszacowania zmian w całym łańcuchu pokarmowym są jak najbardziej wskazane.

Wychodząc poza związek pyłku i pszczół, rozmiar wielu wpływających na siebie wzajemnie zmian środowiska – wliczając w to globalne ocieplenie, utratę bioróżnorodności, ubytek zasobów słodkiej wody, zakwaszanie oceanów i zmianę użytkowania ziemi – są bez precedensu w ludzkiej historii.

Źródło: How Rising CO2 Levels MayContribute to Die-Off of Bees, tłumaczenie Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna dr hab. Bogdan H. Chojnicki.

Opublikowano: 2016-09-28 16:54
Tagi

skutki zmiany klimatu biosfera

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.