Nie tylko zmiana klimatu: co zagraża dziś bioróżnorodności?

Bioróżnorodność, czyli różnorodność biologiczna to ważna cecha sprawnie działających, odpornych ekosystemów. Tymczasem dziś wiele jej zagraża. Jak przebiega wymieranie? Jakie czynniki (oprócz zmiany klimatu) wywierają dziś presję na bioróżnorodność? Zapraszamy do lektury drugiego z cyklu artykułów autorstwa dr. Tomasza Müllera.

Utrata bogactwa biologicznego w następstwie presji ludzkiej stała się przedmiotem wzmożonego zainteresowania nie tylko naukowców, ale również – przynajmniej w deklaracjach – polityków, a także „zwykłych” zjadaczy chleba (Roe, 2019). Badacze śledzą dynamikę zmian zachodzących w przyrodzie zarówno w skali lokalnej, regionalnej oraz globalnej. Przyjrzyjmy się pokrótce dostępnym danym o stanie przyrody w dobie zmiany klimatu.

Opracowany przez The World Wild Fund Wskaźnik Zasobów Biologicznych Planety wskazuje na wyraźny spadek liczebności populacji kręgowców morskich, słodkowodnych (tych zwłaszcza) i lądowych w ostatnich dziesięcioleciach (WWF, 2020; Nauka o Klimacie; Rzeki, jeziora, mokradła). Inne dane świadczą o tym, że także liczebność wybranych populacji bezkręgowców (robaki płaskie, nicienie, pierścienice, owady, skorupiaki, mięczaki i wiele innych grup) zmniejszyła się o 45% w ciągu ostatnich 40 lat (Dirzo, 2014).

Zmniejszanie się liczebności populacji może w konsekwencji doprowadzić do jej zaniku (wymarcia jednej z kilku lub wielu populacji danego gatunku) i zmniejszenia zasięgu danego gatunku (WWF, 2022). Wymarcie wszystkich populacji gatunku jest równoznaczne z jego zagładą. W tym ujęciu procesy zmniejszania liczebności populacji, zaniku pojedynczych populacji, zmniejszania zasięgu gatunków i ich wymierania, stanowią elementy ciągłego procesu utraty bogactwa biologicznego (Ilustracja 2) (Young i inni, 2016).

Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody IUCN szacuje, że ok. 28% gatunków (42100 na 150300 przebadanych gatunków roślin, zwierząt i grzybów) jest zagrożonych wyginięciem (IUCN, 2023), a biorąc pod uwagę fakt, że stan zdecydowanej większości gatunków nie został oceniony, to rzeczywista liczba gatunków zagrożonych wyginięciem może sięgać miliona (Diaz i inni, 2019). Dane historyczne wskazują, że od roku 1500 wymarły przynajmniej 363 gatunki kręgowców, przy czym tempo wymierania wzrastało od zarania rewolucji przemysłowej (Johnson i inni, 2017). 

Pouczające jest przyjrzenie się wpływowi gospodarki na biosferę w skali globalnej. Ludzkość korzysta ze znacznej części materii organicznej produkowanej rocznie w skali globu (żywność dla ludzi i zwierząt hodowlanych, resztki pożniwne, pozyskiwanie drewna, odpady podrzewne). Ponadto, człowiek wpływa istotnie na ilość materii organicznej dostępnej dla innych gatunków poprzez zmianę użytkowania gruntów, na przykład z lasów na pola uprawne, tereny mieszkaniowe, przemysłowe i inną infrastrukturę. Według szacunków, ludzie łącznie zawłaszczają około 25-28% produkcji pierwotnej netto biosfery, czyli masy materii organicznej wyprodukowanej w ciągu roku w wyniku fotosyntezy, pomniejszonej o masę materii organicznej zużytej przez rośliny w procesie oddychania. Wartość ta może wzrosnąć do 27-33%, lub nawet więcej, do końca lat 40. obecnego stulecia (Ma i inni, 2012; Krausmann inni, 2013).       

Anatomia presji na biosferę

Napór na biosferę wynika z dwóch zasadniczych czynników – wielkości populacji ludzkiej i oddziaływania jakie wywiera na środowisko każdy jej członek (Popkiewicz 2015). Populacja ludzka jest bardzo liczna a przeciętna presja środowiskowa niezbędna do utrzymania członka tej populacji daleko wykracza poza obciążenia związane z zaspokojeniem niezbędnych potrzeb energetycznych jego ciała, jesteśmy bowiem „obudowani” przedmiotami i usługami, których wytworzenie jest energetycznie (i nie tylko) kosztowne. Spróbujmy sobie uzmysłowić, że biomasa populacji ludzkiej i zwierząt hodowlanych (głównie bydła i świń) stanowi aż 96% biomasy żyjących ssaków, a biomasa drobiu to 70% biomasy żyjących ptaków (Dasgupta, 2021).

Poszczególne elementy presji na biosferę są zasadniczo zbliżone do tych, które wyodrębniliśmy w artykule o stanie ekosystemów słodkowodnych w dobie zmiany klimatu  (Nauka o Klimacie; Rzeki, jeziora, mokradła). Należą do nich degradacja i niszczenie siedlisk, bezpośrednia eksploatacja, zanieczyszczenie środowiska, obecność gatunków inwazyjnych i zmiana klimatu (Young i inni, 2016). Presja środowiskowa kształtuje się odmiennie w różnych typach ekosystemów (np. największa bezpośrednia eksploatacja zasobów ma miejsce w ekosystemach morskich, podczas gdy zagrożenia dla ekosystemów lądowych wynikają w największej mierze z niszczenia siedlisk). 

Obecnie najistotniejszym czynnikiem zagrożenia dla bioróżnorodności pozostają niekorzystne zmiany w obrębie siedlisk, jednak w miarę upływu czasu w obecnym stuleciu, w opinii wielu badaczy, na pierwszy plan wysuną się niekorzystne konsekwencje zmiany klimatu (Bellard i inni, 2012; Scheffers i inni, 2016).

Presja na siedliska

Wykorzystanie nowych ziem uprawnych, urbanizacja, budowa infrastruktury (zwłaszcza drogowej), a także rozwój przemysłu, przyczyniają się do przekształcania i niszczenia siedlisk. Pozyskiwanie nowych terenów pod inwestycje odbywa się często na drodze wylesiania. Ocenia się, że w ciągu ostatnich 300 lat światowa powierzchnia lasów zmniejszyła się o 7-11 mln km² i wynosi obecnie ok. 40,6 mln km². Z kolei ziemie uprawne i pastwiska zajmują obecnie około 50 mln km², czyli 38 – 40% powierzchni lądów liczonej bez wód śródlądowych (Foley i inni, 2005; FAO 2020). 

Jeśli chcemy zorientować się ogólnie, jak silnie człowiek napiera na siedliska, najlepiej jest spojrzeć na dane dotyczące budowy dróg – ich obecność umożliwia realizacje wszelkich innych działań przekształcających teren. Przewiduje się, że do połowy obecnego stulecia zostanie wybudowanych ok. 25 mln km dróg utwardzonych (obecnie istnieje ok. 64 mln km dróg utwardzonych i gruntowych), z czego 90% w krajach rozwijających się, w tym na obszarach o wysokiej bioróżnorodności jak Amazonia, Kotlina Konga czy dorzecze Mekongu (Laurance i Burgués Arrea, 2017).

Bezpośrednie odławianie

Bezpośrednie odławianie organizmów ze środowiska obejmuje przynajmniej trzy główne aspekty presji; komercyjne połowy ryb morskich i słodkowodnych, pozyskanie zwierząt dla mięsa w lasach tropikalnych oraz legalny lub nielegalny handel żywymi zwierzętami lub częściami ich ciała (Young i inni, 2016). Światowe połowy ryb morskich i słodkowodnych od lat 80-tych ubiegłego stulecia utrzymują się na poziomie około 90 mln ton rocznie, a coraz więcej łowisk eksploatowanych jest rabunkowo, co oznacza, że połowy przekraczają zdolności populacji do odradzania się (Ilustracja 5). Istotnym problemem jest też nielegalny połów ryb zarówno słodkowodnych (np. jesiotr) i morskich oraz śmiertelność zwierząt ginących „przy okazji” połowów (Komoroske i Levison, 2015).

Pozyskanie mięsa do bezpośredniej konsumpcji w rejonach tropikalnych wynosi nawet 5 mln ton/rok, przy czym w Kotlinie Konga około 60% grup ssaków (naczelne, drapieżne
i parzystokopytne czyli np. antylopy, bawoły, żyrafy) eksploatowanych jest na tyle intensywnie, że zagraża to ich przetrwaniu (Fa i inni 2012).

Nielegalne operacje (np. kłusownictwo) stanowią szacunkowo 25% – 70 % handlu zwierzętami i produktami pochodzenia zwierzęcego. Przedmiotem handlu są najczęściej ssaki, np. słonie zabijane dla kości słoniowej, łuskowce (rząd ssaków zamieszkujących Afrykę i południową Azję, o ciele pokrytym dachówkowo ułożonymi łuskami) odławiane dla mięsa i łusek wykorzystywanych w tradycyjnej chińskiej medycynie, gady oraz ptaki. Cząstkowe dane wskazują na nasilanie się nielegalnego handlu zwierzętami (Young i inni, 2016).

Gatunki inwazyjne

Zmniejszaniu się bioróżnorodności w skali globalnej towarzyszy celowe lub mimowolne rozprzestrzenianie się ograniczonej liczby powszechnie występujących gatunków, które same niejednokrotnie przyczyniają się do wyniszczenia miejscowej fauny i flory (Diaz i inni, 2019). Ocenia się, że gatunki inwazyjne (patrz też Nauka o Klimacie; Rzeki, jeziora, mokradła) odegrały zauważalną rolę w wyginięciu około połowy gatunków zwierząt wymienionych w czerwonej księdze gatunków zagrożonych Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody (dotyczy gatunków, dla których rozpoznano przyczyny wyginięcia) (Clavero i García-Berthou, 2005).

Celowe lub przypadkowe wprowadzanie gatunków drapieżnych miewa często drastyczne skutki dla miejscowego ptactwa – szczególnie w przypadku niewielkich ekosystemów wyspiarskich. Wprowadzenie lisów na wyspy Aleuckie (północny Pacyfik) przyczyniło się do zdziesiątkowania tamtejszych populacji ptaków morskich (Maron i inni, 2006), natomiast obecność wszędobylskich szczurów stanowi istotne zagrożenie głównie dla populacji niewielkich gatunków ptaków budujących gniazda w postaci nory i zamieszkujących wyspy rozsiane po całym globie (Jones i inni, 2008). Warto tutaj wspomnieć, że nasze milusińskie mruczki zabijają więcej ptaków w Stanach Zjednoczonych niż jakikolwiek inny czynnik związany z obecnością człowieka (Loss i inni, 2015).

Pasożyty, wirusy i grzyby

Odrębną kategorię zagrożeń dla bogactwa gatunkowego stanowią gatunki pasożytnicze i chorobotwórcze rekrutujące się wśród wirusów (formy na granicy życia), bakterii, protistów (organizmów z jądrem komórkowym nie będących grzybami, roślinami lub zwierzętami) i grzybów. Ostatnio zauważa się znaczny wzrost liczby infekcji powodowanych przez grzyby, których obecność stanowi zagrożenie dla populacji płazów, nietoperzy, owadów (takich jak np. pszczoły) i roślin uprawnych. Zagrożeniu ze strony grzybów pasożytniczych sprzyjają takie cechy ich biologii jak zdolność do wyrządzania znacznych szkód w ciele gospodarza (czyli organizmu, który został zainfekowany), umiejętność przetrwania poza jego organizmem oraz możliwość zainfekowania gospodarzy należących do wielu różnych gatunków (Fisher i inni, 2012).

Zanieczyszczenia

Obecność zanieczyszczeń, których źródłem jest głównie rolnictwo, lecz także transport, przemysł i ścieki komunalne, zagraża ekosystemom lądowym, słodkowodnym i morskim. Powszechne stosowanie nawozów sztucznych przyczynia się do zanieczyszczenia wód śródlądowych a w konsekwencji mórz i oceanów, przyczyniając się do powstawania stref beztlenowych zabójczych dla organizmów przeprowadzających oddychanie tlenowe (patrz też Nauka o Klimacie; Z pól do morza). Podobną drogą rozprzestrzeniają się w ekosystemach środki ochrony roślin wykazujące działania toksyczne w populacjach roślin (innych niż gatunki niepożądane), ryb, ptaków i mikroorganizmów glebowych (Aktar i inni, 2009).

Zanieczyszczenie plastikiem oddziałuje negatywnie nie tylko na ekosystemy morskie, ale także śródlądowe i lądowe. Według szacunków, od 1950 r. wyprodukowano 11 100 mln ton plastiku (ok. 390 mln ton rocznie w 2021 r. z tendencją wzrostową) z czego około 80% trafiło na składowiska i do środowiska (Geyer i inni, 2017; oszacowanie własne; GEN dostęp 8 czerwca 2023 r.). Obecność plastiku przyczynia się do wzrostu śmiertelności dużych zwierząt morskich; waleni (wieloryby, delfiny), płetwonogich (foki, morsy, uchatki), żółwi morskich, a także ptaków morskich (Roman i inni, 2021). Oddziaływanie plastiku na ekosystemy lądowe jest mniej poznane, wiadomo jednak, że cząstki mikroplastiku mogą roznosić inne zanieczyszczenia (metale ciężkie, antybiotyki, pestycydy) w obrębie ekosystemów i gromadzić się w tkankach organizmów należących do różnych poziomów troficznych: producentów (roślin i glony), konsumentów I rzędu (roślinożerców) i konsumentów II rzędu (drapieżników) (Dissanayake i inni, 2022).

Zmiana klimatu wyczuwalna wszędzie

Coraz więcej danych wskazuje, że na bogactwo biologiczne istotnie wpływa także zmiana klimatu wywołana emisją gazów cieplarnianych przez człowieka. Jej wpływ jest widoczny na wielu poziomach organizacji systemów biologicznych: poczynając od zmienności genetycznej, poprzez poziomy pojedynczych osobników, populacji i  gatunków, a kończąc na ekosystemach i biomach (znacznych obszarach o określonych warunkach klimatycznych i charakterystycznej szacie roślinnej, takich jak np. strefa lasów liściastych klimatu umiarkowanego, w której leży Polska) (Bellard i inni, 2012; Scheffers i inni, 2016). Wpływ tej presji na organizmy dodatkowo wzmacniają wymienione powyżej pozostałe czynniki naporu na ekosystemy.    

Losy organizmów poddanych silnej presji zależą od ich zdolności do zmieniania się. W tym miejscu warto zapytać o źródła tej zmienności. W najprostszym ujęciu możemy mówić  o zmienności objawiającej się; 

• bez zmiany materiału genetycznego organizmu – jest to plastyczność cech zwana fenotypową,
• lub w wyniku zmiany materiału genetycznego w wyniku zajścia procesów ewolucyjnych (Bellard i inni, 2012). 

Coraz więcej danych świadczy o tym, że procesy ewolucyjne zachodzą w odpowiedzi na presję klimatu. Dane te dotyczą niewielkich organizmów, o krótkim czasie trwania pokolenia, u których ewolucja może przebiegać szybko (Scheffers i inni, 2016). Dla przykładu, brytyjskie populacje rozwielitki Daphnia wykształciły w okresie od lat 60. XX w. do pierwszej dekady XXI w. zwiększoną odporność na wysokie temperatury (Geerts i inni, 2015). Podobnie osobniki komara Wyeomyia smithii uzyskały w latach 1972 – 1996 zdolność do coraz późniejszego zapadania w stan zahamowania rozwoju (diapauza) w odpowiedzi na wydłużenie sezonu wegetacyjnego z powodu ocieplenia klimatu (Bradshaw i Holzapfel, 2015). 

Zmiana klimatu może wpływać nie tylko na rozmiary ciała (coraz więcej danych obserwacyjnych świadczy o zmniejszaniu się rozmiarów ciała wielu gatunków w warunkach wzrostu temperatury otoczenia) i przebieg procesów fizjologicznych, ale także na rozmieszczenie gatunków (ich zasięg) i harmonogram zdarzeń zachodzących w ich cyklu życiowym (Ohlberger 2013; Pecl i inni, 2017). Wzrost temperatury powoduje przesuwanie się zasięgów gatunków w kierunku biegunów w tempie wynoszącym 17 km na dekadę dla organizmów lądowych i 72 km na dekadę dla organizmów morskich (Ching Chen i inni, 2011). Podobnie gatunki górskie przenoszą się w wyżej położone miejsca (Freeman i inni, 2014) a ryby wybierają głębsze i chłodniejsze wody oceanów (Fossheim i inni, 2015). 

Zmiana zasięgu gatunku polega na jednoczesnym 

• wymieraniu lokalnych populacji rozmieszczonych w rejonach cieplejszych (bliżej równika),
• pojawianiu się nowych populacji w rejonach chłodniejszych (wzdłuż „zimnej” granicy zasięgu, czyli bliżej biegunów) (Cahill i inni, 2013). 

Brzmi prosto? Ale takie nie jest. Gatunki są ze sobą powiązane, czasem bardzo ściśle, jak w przypadku gatunków zapylających i zapylanych, pasożytów i ich gospodarzy czy drapieżników i ich ofiar. Gdy jeden z dwóch powiązanych ze sobą ściśle gatunków nie będzie mógł z jakichkolwiek względów zmieniać swojego zasięgu, to drugi związany z nim gatunek także tego nie uczyni. 

Zmianę zasięgu może też utrudniać lub uniemożliwiać brak odpowiednich środowisk do przemieszczania się (np. poprzecinanie lasów przez drogi i osady ludzkie) lub niekorzystne kształtowanie się innych – poza temperaturą – czynników abiotycznych (np. możliwość migracji gatunku w kierunku północnym może uniemożliwiać zbyt mała dostępność wody,  (Bellard i inni, 2012). 

Bliskie powiązania między gatunkami zwiększają ryzyko ich wymierania w obliczu rosnącej presji, której ważnym składnikiem jest zmiana klimatu. Ocenia się, że około 6500 gatunków jest zagrożonych wymarciem ze względu na ścisłe związki z innymi gatunkami, które są zagrożone wymarciem (Koh i inni, 2004). Analiza przyczyn wymierania lokalnych populacji gatunków pod wpływem zmiany klimatu wskazuje na ważniejszą rolę czynników biologicznych (biotycznych) niż abiotycznych w tym procesie, co podkreśla, że charakter wzajemnych powiązań między gatunkami może w znacznym stopniu wpływać na szanse ich przetrwania w warunkach presji klimatu (Cahill i inni, 2013).

Wielkoskalowe oddziaływanie zmiany klimatu

Łączny wpływ zmiany klimatu na poszczególne aspekty biologii gatunków, w tym ich wzajemne powiązania, może prowadzić do głębokiego przekształcania się ekosystemów lub ich zamierania (Pecl i inni, 2017). Przykładowo, dzięki coraz rzadszemu występowaniu przymrozków, lasy namorzynowe (które są na nie wrażliwe) rozprzestrzeniają się w kierunku najbliższego bieguna kosztem słonych mokradeł (Cavanaugh i inni, 2013). Podobnie wzrost temperatury wód oceanu leży u podłoża zastępowania lasów (łąk) wodorostów charakterystycznych dla klimatu umiarkowanego przez murawy wodorostów właściwe dla tropików – sytuacja taka ma miejsce np. wzdłuż zachodniego wybrzeża Australii (Wernberg i inni, 2016).

Sztandarowym przykładem degradacji ekosystemów pod wpływem (w dużej mierze) zmiany klimatu jest ginięcie raf koralowych w wyniku wzrostu temperatury i zakwaszenia wód oceanów w następstwie wzrostu ilości CO₂ w powietrzu (Bellard i inni, 2012). 

Postępująca zmiana klimatu może doprowadzić – poprzez podwyższenie temperatury powietrza oraz zmiany w miejscach i rytmie występowania opadów – do istotnych zmian rozmieszczenia głównych gatunków lasotwórczych w Europie. Oczekuje się zmniejszenia udziału buka, świerka i sosny na korzyść gatunków śródziemnomorskich, takich jak dąb bezszypułkowy czy dąb burgundzki (Hanewinkel i inni, 2013).

Wymieranie gatunków obecnie i w najbliższej przyszłości 

Oprócz licznych przykładów wpływu na wymieranie lokalnych populacji, zmiana klimatu miała całkowity lub częściowy udział w zupełnym wymarciu 20 (na 846) gatunków wymienionych przez Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody w Czerwonej Księdze Gatunków Zagrożonych (Cahill i inni, 2012. Pierwszym ssakiem, którego wymarcie można w pełni przypisać zmianie klimatu jest szczurzynek koralowy (Melomys rubicola) – gatunek gryzonia z rodziny myszowatych, który wymarł na początku obecnego stulecia (Ilustracja 3) (Gynther i inni, 2016).

Opisane powyżej przykłady wpływu zmiany klimatu na przyrodę stanowią zaledwie przedsmak tego, czego będziemy świadkami w obecnym stuleciu i później. Warto sobie uświadomić, że zgodnie z ustaleniami badaczy w ramach Międzyrządowego Panelu ds. Zmiany Klimatu,    ocieplenie wywołane przez działalność ludzką wynosi jak dotąd około 1,1 °C w porównaniu do okresu 1850 – 1900 (IPCC, 2022), a dotychczasowy przebieg emisji gazów cieplarnianych wskazuje, że do 2100 wartość ta sięgnie 2,1°C – 3,9 °C (Liu i Raftery, 2021). Nasilenie zmiany klimatu przełoży się na istotne zwiększenie presji na biosferę i nasilenie utraty bioróżnorodności, w tym zmniejszenie liczebności populacji oraz wymieranie gatunków w skali lokalnej i globalnej.

Badacze oceniają, że kontynuacja obecnych trendów utraty bogactwa biologicznego pod wpływem wszystkich czynników presji z rosnącym udziałem zmiany klimatu doprowadzi do wymarcia lub stanu zagrożenia wymarciem 37% gatunków (przedział 20 – 50%) do 2100 r. Tak znaczna utrata bogactwa biologicznego nie może nie wpłynąć znacząco na pozostałe gatunki powiązane wieloma zależnościami, z gatunkami, które wymarły lub znalazły się na krawędzi wymarcia.   Ponadto, do końca obecnego stulecia trzeba liczyć się z wymarciem wielu gatunków, które już obecnie są zagrożone wymarciem (Isabell i inni, 2023). 

Czy są podstawy aby prognozy tak znacznej i nasilającej się utraty bioróżnorodności nas martwiły? A jeśli tak, to co możemy zrobić aby spowolnić lub nawet zahamować utratę bogactwa biologicznego? Zapraszam do rozważań na powyższe tematy w kolejnym i ostatnim już artykule z cyklu o utracie bioróżnorodności.

Tomasz Müller, konsultacja merytoryczna: dr hab. Aleksandra Walczyńska