Co czeka świat roślin w obliczu zmiany klimatu?

Rośliny a zmiana klimatu. Zmiany zasięgu występowania, organizmów, z którymi „współpracują”, ale też wymieranie. O zmianach, jakie w świecie roślin przynosi globalne ocieplenie pisze dla nas prof. Piotr Skubała.

W 2010 roku w książce poświęconej edukacji ekologicznej stwierdziłem: „Nasza biosfera jest chora. Mamy planetę, która zachowuje się jak zainfekowany organizm. Każdy element biosfery ulega destrukcji i to coraz szybciej. Przez ostatnie 25 lat nie został opublikowany żaden naukowy artykuł, który by zaprzeczył temu twierdzeniu”. Dzisiaj nasza globalna sytuacja ekologiczna wygląda jeszcze dramatyczniej. Zastanawiamy się coraz częściej, czy utraciliśmy już kontrolę nad stanem klimatu i sytuacją środowiskową na Ziemi. Żywe organizmy na naszej planecie wymierają w zastraszającym tempie. Naukowcy używają dramatycznych terminów dla jego opisania, jak np. „szóste wielkie wymieranie” (Ceballos i in., 2015) czy „defaunacja” (Ripple i in., 2017).

Zmiana klimatu istotną przyczyną wielkiego wymierania

Jakie rodzaje naszej aktywności najbardziej przyczyniają się do drastycznego pogorszenia warunków życia dla większości gatunków na Ziemi? Ocena tego jest o tyle ważna, że wskazuje nam, co w pierwszej kolejności musimy zmienić, pragnąc zatrzymać jego wymieranie. W 2016 roku w artykule w Nature zaprezentowano wyniki badań naukowców z Uniwersytetu Queensland w Australii oraz z Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody, w których autorzy przyjrzeli się głównym przyczynom wymierania gatunków (Maxwell i in., 2016). Analizie poddano sytuację blisko 9 tysięcy gatunków zagrożonych bądź będących blisko zagrożenia wyginięciem. Są one odnotowywane w Czerwonej Księdze prowadzonej przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody (IUCN). Jako kluczowy czynnik, tzw. big killer, będący zagrożeniem dla największej liczby gatunków naukowcy podają nadmierną eksploatację środowiska naturalnego, wymieniając tu polowania, połowy, zbieractwo oraz wyrąb lasów.

Na drugim miejscu znalazło się szeroko rozumiane rolnictwo. W tej kategorii autorzy wymieniają uprawę roślin (których duża część idzie na paszę oraz biopaliwa), hodowlę zwierząt, akwakultury i lasy gospodarcze. Na trzecim miejscu znalazła się urbanizacja. Kolejne miejsca zajęły gatunki inwazyjne i choroby, zanieczyszczenie środowiska, zmiany w ekosystemach i zmiana klimatu. Choć zmiana klimatu w tym opracowaniu zajęła dopiero siódme miejsce, to autorzy podkreślają, że jej wpływ rośnie najszybciej i wkrótce może znaleźć się ona wśród wiodących czynników przyczyniających się do utraty bioróżnorodności (Maxwell i in., 2016). W raporcie Międzyrządowej Platformy ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych (IPBES) pt. The Global Ecosystem Assessment z 2019 roku zmiana klimatu wylądowała już na trzecim miejscu wśród kluczowych czynników doprowadzających do wymierania. Wyprzedzają je tylko zmiany w użytkowaniu gruntów i wód morskich oraz bezpośrednie wykorzystywanie roślin i zwierząt.

Rośliny i długo, długo nic

Rośliny stanowią fundament życia na Ziemi, bez nich nie mogłaby istnieć większość innych form życia, w tym nasz gatunek. Dla wielu organizmów rośliny stanowią źródło pokarmu, są schronieniem i podstawowym komponentem kształtującym siedlisko. Ewolucja spowodowała ogromne zróżnicowanie form ich budowy oraz przystosowanie do różnorodnych warunków środowiskowych panujących na Ziemi.

Rośliny stanowią największą część biomasy. Kilka lat temu zespół naukowców przeanalizował literaturę światową w poszukiwaniu informacji na temat biomasy poszczególnych grup organizmów (Bar-On i in., 2018). Uczeni zdefiniowali biomasę jako zawartość węgla w organizmach żywych, co odzwierciedla masę cząsteczek zbudowanych ze związków organicznych, takich jak białka i DNA, z wykluczeniem wody. Całkowita biomasa planety wynosi około 550 miliardów ton węgla (GtC). Aż 80% całkowitej biomasy stanowią rośliny (450 GtC). Drugą grupą w tej skali stanowią bakterie – 70 GtC. Kolejna grupa to grzyby, na które przypada 12 GtC. Masa zwierząt to zaledwie 2 miliardy ton węgla (1%), z czego połowę stanowią stawonogi .

Rola zmian klimatu w kreowaniu szaty roślinnej Ziemi

Klimat w ogromnym stopniu warunkuje występowanie określonych gatunków na danym terenie. Wpływ zmian klimatycznych na roślinność stanowi przedmiot dużego zainteresowania, ponieważ roślinność, oprócz swego podstawowego znaczenia (proces fotosyntezy realizowany przez rośliny jest podstawowym źródłem energii i materii organicznej w niemal wszystkich typach ekosystemów), odgrywa również znaczącą rolę w funkcjonowaniu ekosystemów czy produkcji żywności.

W przeciwieństwie do innych grup organizmów, rośliny mogą przemieszczać się jedynie poprzez rozprzestrzenianie się pyłków, nasion, kłączy itp., co spowalnia migrację i sprawia, że rośliny nie są w stanie szybko reagować na zmiany klimatu. Będąc organizmami osiadłymi są niestety również bardzo podatne na efekty szybkich zmian środowiskowych (Gordo, Sanz 2010). Wszystkie dostępne dowody wskazują, że zmiana klimatu już ma i będzie miała w obecnym stuleciu ogromny wpływ na różnorodność roślin, zarówno na poziomie krajobrazu, jak i ekosystemu, a także zarówno na poziomie gatunkowym jak i liczebności populacji. Jest niemal pewne, że zmiany temperatury i wysokości opadów będą wraz z innymi czynnikami mieć wpływ na szereg procesów biologicznych oraz występowanie poszczególnych gatunków i stan ekosystemów (Heywood i in., 2009).

Większość szaty roślinnej na Ziemi zmieni się do końca wieku

W pracy poświęconej prognozowanym zmianom roślinności Ziemi w reakcji na globalne ocieplenie, wywołane emisją gazów cieplarnianych, przeanalizowano wyniki blisko 600 badań paleobotanicznych z całego świata (Nolan i in., 2018). Badacze prześledzili tempo i charakter przemian roślinności, jakie dokonały się w okresie od ostatniego zlodowacenia (21 tys. lat temu) po czasy współczesne, poprzedzające nadejście ery industrialnej (rok 1800), a więc w okresie o dobrze poznanym przebiegu zmian temperatury. Następnie wyniki te posłużyły do prognozowania tempa i skali przemian roślinności w przyszłości, w odpowiedzi na istniejące scenariusze emisji gazów cieplarnianych i związane z tym, przewidywane wzrosty temperatur.

Od czasu epoki lodowej temperatura na Ziemi wzrosła o 4–7°C. Tymczasem scenariusze zmian klimatycznych przewidują, że jeśli nie ograniczymy radykalnie emisji gazów cieplarnianych, w ciągu najbliższych 100–150 lat temperatura wzrośnie o 4–5°C, co oznacza zmianę klimatu równie dużą, jak ta która dokonała się od czasu epoki lodowej do końca ery preindustrialnej – tyle że wielokrotnie szybszą. Przy scenariuszu emisji RCP2.6 (około 490 ppm CO₂ do 2100 roku, po czym nastąpi spadek) roślinność na Ziemi może ulec zasadniczej przemianie. Prawdopodobieństwo dużych zmian w składzie gatunkowym większości zbiorowisk na Ziemi sięga blisko 50%, natomiast prawdopodobieństwo znacznych zmian strukturalnych jest bliskie 30%. Natomiast w scenariuszu biznes-jak-zwykle (RCP8.5 – około 1370 ppm CO₂ do 2100 roku) prawdopodobieństwo zmiany składu gatunkowego i struktury roślinności sięga w obu przypadkach ponad 60% (Nolan i in., 2018).

Zmiany w fenologii roślin w wyniku zmian klimatycznych

Istnieje coraz więcej dowodów potwierdzających wpływ zmiany klimatu na fenologię roślin (periodycznymi zjawiskami takimi jak kiełkowanie, kwitnienie, owocowanie, zrzucanie liści, zapadanie w sen zimowy itp. – tzw. pojawy), interakcje międzygatunkowe, a także zmiany występowania poszczególnych gatunków, które spowodowane są skutkami zmian klimatycznych, jakie miały miejsce w ciągu ostatniego półwiecza w różnych krajach.

Najbardziej powszechną reakcją roślin na zmiany klimatyczne są zmiany w okresie zawiązywania pąków, kwitnienia, owocowania, wybarwiania i zrzucania liści. Początek kwitnienia zależy od wysokości temperatury, dlatego przewiduje się, że wzrost temperatury o kilka stopni może mieć bardzo istotne znaczenie (Suonan i in. 2019). Widoczne są zmiany terminów pojawów fenologicznych z powodu wcześniejszego nadejścia wiosny i lata. Od 1990 roku sezony pylenia wydłużyły się o 20 dni, ponadto rośliny wytwarzają o 21% więcej pyłku. W głównej mierze odpowiada za to zmiana klimatu (Anderegg i in. 2021). W regionie śródziemnomorskim takie przesunięcia fenologiczne, czyli zmiany w okresie rozwijania liści, kwitnienia i owocowania, obserwowane są już od kilku dekad (Gordo i Sanz 2009).

Zmiany w sezonowych wydarzeniach będą się nasilały. Zauważono, że gatunki wcześniej kwitnące reagują szybciej niż gatunki później kwitnące. Istnieje zatem obawa, że w związku z tym czasowa asynchronia między gatunkami roślin pogorszy się wraz ze zmianą klimatu (Lee i in. 2020). Powyższe skutkować będzie pogłębiającymi się zaburzeniami funkcjonowania ekosystemów, w których te gatunki występują, np. niedopasowaniem cykli życiowych owadów i w efekcie brakiem zapylenia. Temperatura wydaje się mieć większy wpływ na przesunięcie fenologiczne niż inne czynniki klimatyczne, takie jak nasłonecznienie, mróz, czy topniejący śnieg (Ibáñez i in. 2010). Chociaż zmiany wielkości opadów i dostępności wody mogą powodować złożone zmiany fenologiczne oraz mogą mieć dalekosiężne konsekwencje dla funkcjonowania i struktury ekosystemów i biosfery (Prevéy 2020). Zakres zmian warunków klimatycznych może przekroczyć zdolność wielu gatunków do adaptacji, szczególnie przy postępującej fragmentacji krajobrazów, stanowiącej przeszkodę w migracji.

Rośliny są producentami, usytuowanymi na dole piramidy troficznej (to one przetwarzają związki nieorganiczne na organiczne, wykorzystywane następnie przez inne organizmy). Ich zmiana fenologiczna może wpływać na wyższe grupy taksonomiczne, takie jak zapylacze czy drapieżniki. W konsekwencji zmiany w fenologii roślin mogą powodować niedopasowania między gatunkami pozostającymi z nimi w określonych zależnościach. To zaś może skutkować fundamentalnym zaburzeniem struktury interakcji ekologicznych (Prevéy i in., 2020; Smithers i in. 2018).

Zmiana klimatu zmienia warunki środowiskowe (np. temperaturę i wilgotność), w których żyją gatunki roślin, i wpływa na ekosystem jako całość, zmieniając w ten sposób interakcje między poszczególnymi gatunkami. Innymi słowy, zmiany środowiskowe i fenologiczne spowodowane zmianą klimatu wpływają na zmianę siedliska i wywołują ekologiczne zaburzenia w funkcjonowaniu ekosystemu, określając w ten sposób czy gatunek dostosuje się i przetrwa. Badacze podkreślają, jak ważne jest przewidywanie zmian fenologicznych roślin, gdyż może to dostarczyć informacji o tym, w jaki sposób interakcje i struktura ekologiczna danego ekosystemu zmienią się w przyszłości (Lee i in. 2020).

Zmiany klimatu zagrażają licznym gatunkom

W analizie z 2018 roku przedstawiono różne scenariusze dla bioróżnorodności do końca wieku w zależności od efektów Porozumienia Paryskiego z 2015 r. (Warren i in., 2018). Przebadano 80 000 gatunków roślin, ssaków, ptaków, gadów i płazów w 33 najbardziej bogatych, dzikich częściach świata (miejsca priorytetowe). Analiza pokazała, że przy braku skutecznej polityki klimatycznej, przy wzroście temperatury globalnej o 4,5°C w stosunku do czasów przedprzemysłowych utraconych może zostać blisko 50% gatunków (Rys. 8).

Autorzy przyjrzeli się sytuacji w poszczególnych ekosystemach. W najbardziej narażonych na zmianę klimatu lasach Miombo w Afryce Południowej lokalnie może wyginąć nawet 90% płazów, 86% ptaków i 80% ssaków. W Amazonii możemy stracić 69% gatunków roślin. W południowo-zachodniej Australii lokalnie może wyginąć aż 89% płazów. Na Madagaskarze szacunki mówią o wyginięciu 60% wszystkich gatunków. Realizacja Porozumienia Paryskiego i ograniczenie wzrostu temperatury do 2°C oznaczać będzie zmniejszenie różnorodności o 25%. Zasmucającą konstatacją płynącą z rysunku 7 jest ograniczona możliwość adaptacji gatunków poprzez zmianę miejsca bytowania. Z jednej strony dla gatunków, które są zdolne do migracji na nowe tereny, ryzyko lokalnego wymierania szacowane jest w tym scenariuszu na zaledwie ok. 20%, jednak z drugiej strony gatunki niezdolne do szybkiej migracji mogą nie przetrwać nawet w tym (relatywnie) optymistycznym scenariuszu (Warren i in., 2018).

Pamiętajmy, że naukowcy uwzględnili tu jedynie zmiany temperatury. Nie brali pod uwagę innych zagrożeń towarzyszących ociepleniu klimatu, takich jak ekstremalne zjawiska pogodowe, czy rozpowszechnienie się chorób. Ich wpływ może znacząco nasilić masowe wymieranie roślin i zwierząt.

Wiele gatunków roślin, które nie są obecnie zagrożone i nie figurują w Czerwonych Księgach poszczególnych krajów, może na skutek następujących zmian klimatycznych trafić na listę gatunków zagrożonych. Innym gatunkom może natomiast grozić wyginięcie ze względu na brak odpowiednich nisz, do których będą mogły migrować.

Trzeba podkreślić, że wiele bazujących na modelowaniu numerycznym prognoz reakcji roślin na zmiany klimatyczne powstawało w oparciu o bardziej optymistyczne scenariusze. Te bardziej pesymistyczne dotąd pomijano, uznając za mało realistyczne. Autorzy „Unijnej Strategii na rzecz bioróżnorodności 2030” podkreślają, że mimo pilnego imperatywu moralnego, gospodarczego i środowiskowego i podejmowanych dotąd wysiłków, natura znajduje się w stanie kryzysu. O ile nie podejmiemy skutecznych działań – znacznie ambitniejszych niż dotychczas – stan ten będzie się szybko pogłębiał. Pięć głównych bezpośrednich przyczyn utraty bioróżnorodności – zmiany w użytkowaniu lądów i mórz, nadmierna eksploatacja, zmiana klimatu, zanieczyszczenie i inwazyjne gatunki obce – powodują, że przyroda szybko znika.

W ciągu ostatnich czterech dekad światowe populacje dzikiej fauny i flory w wyniku działalności człowieka spadły o 60%, a prawie trzy czwarte powierzchni Ziemi uległo zmianie. Doświadczamy kryzysu w skali całej planety, i jeśli zależy nam na utrzymaniu stabilnego ekosystemu ziemskiego, musimy zatrzymać i odwrócić te trendy (patrz To nie jest „tylko” kryzys klimatyczny. To kryzys planetarny).

Obserwowane zmiany w roślinności na Ziemi w najbliższych dekadach nie będą jednorodne. Ekosystemy na wysokich szerokościach geograficznych i zbiorowiska alpejskie są szczególnie wrażliwe na zmiany temperatury i opadów (Panchen i Gorelick, 2017). Mogą one działać jak wczesne systemy ostrzegania, a ich poznanie pozwoli nam lepiej zrozumieć konsekwencje zmian globalnych (Suonan i in., 2019). W Europie południowej, szczególnie zaś w rejonie Morza Śródziemnego, możemy spodziewać się poważnych zakłóceń stabilności ekosystemów i zastępowania ich nowymi układami gatunków. Wiele z nich, w tym obecnie rzadkich i zagrożonych, występujących w wysoko wyspecjalizowanych siedliskach, po prostu zniknie.

W Polsce możemy spodziewać się pośredniej skali oddziaływania zmian klimatu na florę. Obserwując jednak dynamicznie zmieniający się klimat także w naszej części świata, prawdopodobnym jest coraz większy wpływ globalnego ocieplenia na szatę roślinną Polski. W 2019 roku naukowcy z Polskiej Akademii Nauk wystosowali dramatyczny apel o uwzględnienie w planowaniu gospodarki leśnej przewidywanych zmian klimatu i związanych z nimi zmianami zasięgów geograficznych poszczególnych gatunków drzew. Jedną z prawdopodobnych konsekwencji obecnego kryzysu klimatycznego będzie zmiana zasięgów geograficznych gatunków drzew, nie tylko tych rzadkich, ale i dominujących w naszym krajobrazie. W ciągu kilkunastu, najdalej kilkudziesięciu lat w wyniku zmian klimatu z terenu Polski mogą zniknąć takie gatunki drzew jak sosna zwyczajna, świerk pospolity, modrzew europejski czy brzoza brodawkowata. Drzewa te stanowią główny składnik drzewostanów na blisko 75% ich powierzchni (PAN, 2019). To pociągnie za sobą zagładę dla setek gatunków roślin, grzybów i zwierząt. Dla świerków już teraz jest w naszym kraju za ciepło i za sucho.

Gdy przychodzi fala upałów, nakładająca się na stan suszy, pożary lasów osiągają niespotykaną skalę – w ostatnich latach w Grecji, Portugalii, Szwecji, Kalifornii, czy Australii. W zamożnych, dobrze zorganizowanych krajach giną dziesiątki ludzi. To, że w Polsce tragedia taka nas ominęła, było kwestią szczęścia. Jak przyjdzie wyjątkowo silna fala upałów połączona z suszą, u nas też będą masowo płonąć lasy i ginąć ludzie. To wyłącznie kwestia czasu. Susza osłabia też drzewa, które stają się bardziej podatne na szkodniki.

Dlaczego tak ważne jest to co dzieje się w świecie roślin w wyniku postępujących zmian klimatu? Możemy znaleźć całą listę argumentów ukazujących zależność naszego gatunku od roślin. Los ludzki i roślin są ze sobą ściśle sprzężone. Carl Sagan, amerykański astronom i popularyzator nauki, ujął to w następujących słowach (Sagan 2001):

Chcąc nie chcąc, my, ludzie, jesteśmy powiązani ze sobą oraz ze wszystkimi roślinami i zwierzętami na całym świecie. Nasze życia łączą się ze sobą. (…) Rośliny, zwierzęta, mikroby bardzo długo pracowały wspólnie. (…) Skłonność do współdziałania wykształciła się w procesie ewolucji. Organizmy, które nie współdziałały z innymi, umierały. Współdziałanie to nasza natura. Klucz do przeżycia.

Czy zatroszczymy się o nasz świat, powstrzymamy zmiany klimatu i uchronimy miliony gatunków, także rośliny, od zagłady? Wierzę, że tak.

Prof. Piotr Skubała