Przyroda zna dużo sposobów na dostosowywanie się do ocieplającego się klimatu. Przede wszystkim zachodzą zmiany w fenologii (czasie kiełkowania, kwitnienia, składania jaj, migracji, czy zapadania w sen zimowy), po drugie zmieniają się dobowe rytmy zachowań (łosie żerują coraz częściej w godzinach porannych, wielkie koty – pantery, tygrysy, gepardy – przesuwają godziny swej aktywności na wieczór), a po trzecie organizmy udają się do lokalnych refugiów – miejsc bardziej zacienionych, z lokalnie niższą temperaturą lub większą ilością wody.

Coraz częściej jednak mechanizmy te przestają wystarczać, a wiele zwierząt zaczyna migrować w stronę chłodniejszych regionów by pozostać w swoim optimum termicznym. Jednak najnowsze analizy ujawniają, że niekoniecznie oznacza to wędrówki ku biegunom, w górę i w głąb. W dwóch pracach (Rubenstein i in. 2023, Lawlor i in. 2024), które podsumowują całą współczesną wiedzę dotyczącą migracji organizmów w związku ze wzrostem średnich temperatur, wykazano, że właściwie jedynie około połowy migrujących gatunków zmierza w tych kierunkach.

Co dokładnie wynika z tych badań? Jedynie 47% (59% wg. Lawlor i in. 2024) organizmów migruje zgodnie z naszymi założeniami – ku biegunom ok. 50% (ze średnią prędkością 11,8 km/dekada), a „w górę” ok. 43% (9 m/dekada). Co ciekawe, choć część gatunków  migruje w głąb zbiorników wodnych, jest ich na tyle niedużo (ok. 36%) i robią to na tyle chaotycznie, że naukowcy stwierdzili, że nie można mówić o trendzie poruszania się w głąb zbiorników wraz z ocieplającym się klimatem – po prostu efekt ten globalnie nie zachodzi, mimo że poszczególnym gatunkom się to zdarza. Możemy więc mówić jedynie o migracji ku biegunom i w górę, a nie w głąb.

Okazuje się również, że bardzo dużo zależy po prostu od analizowanej  grupy zwierząt – jedne wyraźnie migrują ku biegunom i do góry, podczas gdy inne zupełnie nie.

Kto migruje na północ, kto do góry a kto szuka swoich własnych ścieżek?

Ku biegunom podążają najmniejsi

Okazuje się, że ze wszystkich organizmów poruszających się ku biegunom, najdalej i najczęściej poruszają się te najmniejsze – pająki, wieloszczety (w dużym uproszczeniu – morskie “robale”) oraz owady. Średnie tempo przemieszczania się dwóch pierwszych grupach wynosi ponad 40 km na dekadę i dotyczy ponad 70% badanych gatunków migrujących. W przypadku owadów trend dotyczy nieco powyżej 50%. 

Tendencję tę możemy zaobserwować również w Polsce, gdzie najliczniejszą grupę nowych gatunków stanowią właśnie owady i pająki. Część z nich jedynie rozszerza swój zasięg (np. modliszka zwyczajna, tygrzyk paskowany) lub wraca na dawniej zajmowane tereny (np. zadrzechnia fioletowa), podczas gdy inne kolonizują nowe dla siebie obszary (np. nadrzewek południowy). Również gatunki inwazyjne (np. wtyk amerykański, szrotówek kasztanowcowiaczek czy biedronki azjatyckie), które pojawiły się wraz z globalizacją transportu, korzystają z ciepłych zim i możliwości utrzymania większej liczby pokoleń w ciągu roku, co ułatwia im przetrwanie i stanowi realne zagrożenie dla lokalnej fauny i flory. 

Dlaczego to właśnie te maluchy w największym stopniu migrują? Z jednej strony jako organizmy zmiennocieplne są dużo wrażliwsze na zmiany temperatury niż organizmy stałocieplne (Ramalho i in 2023) – nie mają mechanizmów regulujących ich własną temperaturę, w związku z czym nawet nieduże zmiany są dla nich bardziej dotkliwe. Z drugiej, krótkie cykle życiowe i szybka przemiana pokoleń ułatwiają im szybsze dostosowywanie się do nowej sytuacji. Dodatkowo, małe rozmiary ułatwiają szybkie przemieszczanie się na duże odległości (najczęściej na statkach i samochodach) oraz  znalezienie odpowiedniego dla siebie siedliska, ze względu na mniejsze potrzeby.

Ssaki, płazy i gady (na razie) migrują w najmniejszym stopniu

Badania wskazują, że ptaki, ryby i skorupiaki również, podobnie jak owady, często wędrują ku biegunom, choć nieco wolniej. Im również łatwiej jest omijać bariery tworzone przez człowieka i mieć ciągłość środowiska, niż dużym zwierzętom lądowym. W przypadku pozostałych grup (w tym ssaków, płazów i gadów) nie odnotowano jednoznacznych trendów. Nie oznacza to jednak, że żadne gatunki z tych gromad nie migrują ku biegunom, jest ich bowiem całkiem sporo (np. lis rudy, Elmhagen i in., 2018, czy szakal złocisty, Kowalczyk i in. 2019), ale raczej, że większość z nich radzi sobie inaczej (na razie) z ocieplającym się klimatem lub napotyka zbyt dużo barier by móc migrować na zauważalne odległości.

W przypadku migracji w pionie również nie widać jednoznacznych trendów wśród większości grup. Wyraźnie obserwuje się je jedynie u owadów, które migrują ku wyższym wysokościom i  u ryb, które przemieszczają się w dół wraz z biegiem rzek. U pozostałych gromad wędrówki są notowane w przypadku poszczególnych gatunków lub populacji, lecz nie obejmują większości przedstawicieli danej grupy. Badania prowadzone w Alpach dodatkowo wykazują, że tam, choć większość zwierząt przemieszcza się w górę (z wyjątkiem owadów żyjących na powierzchni wód), to czynią to zbyt wolno w stosunku do tempa ocieplania się klimatu. W praktyce jedynie owady lądowe migrują wystarczająco szybko, by dotrzymać kroku zachodzącym zmianom (Vitasse i in. 2021).

Dlaczego tylko połowa gatunków migruje w intuicyjną dla nas stronę?

Oczywistym wnioskiem płynącym z badań jest to, że wiele gatunków z jakiegoś powodu nie przemieszcza się w stronę globalnie chłodniejszych rejonów. Przyczyn jest dużo – od ograniczeń gatunku do przemieszczania się na duże odległości, przez ograniczenia geograficzne siedlisk (np. ryby nie popłyną na północ jeśli rzeka kieruje się na zachód, a nasiona roślin nie polecą na południe jeśli wiatr wieje przez większość czasu na wschód) aż po fragmentację siedlisk (zwierzęta bagienne i leśne nie przemierzą wielu kilometrów pól uprawnych, obszarów miejskich czy dróg). Może być też tak, że środowisko nie jest dostosowane do potrzeb migrujących zwierząt – np. na pewnej wysokości brakuje gleby, jest za silny wiatr, bądź brak stałego dostępu do wody.

Inną kwestią pozostają interakcje międzygatunkowe. Motyle żerujące na konkretnych gatunkach kwiatów górskich, nie zaadaptują się na wysokości, gdzie kwiaty te nie występują, a  większość drzew nie wykiełkuje bez niezbędnych im grzybów mykoryzowych (więcej na ten temat przeczytasz w artykule Grzyby – ratownicy w czasie suszy). 

Istotna jest  również kwestia konkurencji międzygatunkowej – zawsze prościej jest utrzymać się na danym terenie, niż zdobyć go od zera, chociażby ze względu na sieć współpracy funkcjonujących w danym ekosystemie organizmów. Przybyłe gatunki mogą nie znaleźć odpowiedniego pożywienia bądź być podatne na choroby, na które lokalne organizmy są odporne. Ciekawym przykładem są pąkle i małże, którym w płytkich wodach przybrzeżnych robi się za gorąco, jednak ich zejście głębiej jest utrudnione ze względu obecność drapieżnych rozgwiazd, które uniemożliwiają im zasiedlenie głębszych terenów.

Bywa też tak, że inne czynniki klimatyczne i środowiskowe (zanieczyszczenie, pożar, huragan) mogą lokalnie być czynnikiem silniejszym niż średnia zmiana temperatury i wymuszać nieoczywiste kierunki migracji. Silnym motorem do migracji, szczególnie w klimacie umiarkowanym, bywa na przykład brak wody (Moore i in., 2023). 

Najtrudniej  jest tym którzy i tak mają mało

Te wszystkie czynniki powodują, że organizmy często nie migrują ku biegunom czy do góry, lecz “tam gdzie mogą”, licząc na znalezienie lokalnie chłodniejszych rejonów. Zasadnicze różnice w możliwościach migracji zależą od przystosowania organizmu do lokalnych potrzeb. Dużo większe szanse na zasiedlanie nowych terenów mają generaliści, czyli gatunki które nie mają specyficznych potrzeb (konkretnego żywiciela, typu gleby, czy wyjątkowych warunków środowiska) i radzą sobie w większości warunków (Platts i in., 2019). 

Dobrym przykładem tego zjawiska jest to co dzieje się w polskich lasach. Zanikają nam wyjątkowe siedliska: bory świeże i bagienne, olszyny i świetliste dąbrowy oraz towarzyszące im gatunki. Wszystkie te drzewostany przekształcają się w bory mieszane i grądy, co bardzo zubaża bioróżnorodność, ograniczając pulę gatunków do tych o najmniejszych wymaganiach środowiskowych. Podobnie jest na całym świecie, gdzie generaliści mogą migrować, natomiast gatunki bardzo związane z jednym typem ekosystemu po prostu wymierają.

Przyroda jest skomplikowana

Przytoczone analizy mają jednak swoje ograniczenia – więcej badań prowadzonych jest w Europie i Ameryce Pn, nie wiemy więc jak realnie zachowują się zwierzęta w klimacie równikowym, w którym już teraz docierają do swoich krytycznych granic radzenia sobie z wysoką temperaturą. Możliwe więc że tam trendy “na biegun i do góry” byłyby bardziej widoczne.

Podsumowując, proste myślenie o tym, że zwierzęta po prostu “przeniosą się na północ lub wyżej w góry” jest zupełnie nieuzasadnione. Analizy dostępnej literatury wskazują raczej na to, że jedynie najmniejsze organizmy – pająki, owady, wieloszczety są w stanie realnie migrować w tych kierunkach, wywołując z resztą często duży zamęt w środowisku do którego przybywają. 

Przyroda pozostaje więc nadal bardzo skomplikowanym, często niepoznanym systemem, wymagającym bardzo lokalnego spojrzenia. W celu utrzymania każdego ekosystemu i gatunku musimy wziąć pod uwagę przede wszystkim właściwości lokalnego środowiska. 

Niewątpliwie jednak, by dać jak największe szanse przyrodzie, potrzebujemy zostawić jej jak największą przestrzeń – dzięki temu szanse na utrzymanie jak największej różnorodności zdecydowanie rosną. 

The post Dokąd migrują zwierzęta w ocieplającym się klimacie? Czy wszystkim się udaje? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Uważny obserwator chodząc po lesie czy torfowisku może zauważyć wiele ciekawych rzeczy – rowy i sadzawki pełne kijanek, kumkające żaby odbywające gody, czy malutką traszkę odpoczywającą pod kamieniem. Wszystkie te zwierzęta z roku na rok stają się jednak coraz mniej widoczne. Ze względu na swoją zmiennocieplność i zależność od wody pozostają bardzo wrażliwe na  wszelkie zmiany w środowisku, a tym samym na coraz bardziej intensywną działalność człowieka. 

Płazy w kryzysie

Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody (IUCN), tworząca czerwoną księgę gatunków zagrożonych, od lat śledzi losy płazów na całym świecie. W swoim najnowszym raporcie (Luedtke i in, 2024) pokazuje, że są one, zaraz po cykadach, najbardziej zagrożoną grupą zwierząt – spośród ponad 8000 gatunków, 40,7% jest zagrożonych wyginięciem. Choć większość tych zanikających gatunków znajdziemy w lasach tropikalnych, również populacje w Polsce przechodzą poważny kryzys. Badania pokazują, że w lasach pod Krakowem spotkamy obecnie ponad 4- razy mniej żab niż jeszcze 50 lat temu (Pabijan i in., 2022), a w okolicach Poznania, populacje które liczyły setki czy tysiące osobników, obecnie nie przekraczają kilkudziesięciu sztuk (Kolenda i in, 2023).  

Skąd tak ogromny kryzys? Za główne przyczyny wymierania płazów uznaje się utratę i degradację siedlisk, co jest związane z rozwojem rolnictwa, infrastruktury (głównie drogowej), zanieczyszczeniami czy wycinką lasów. Równie duże znaczenie mają choroby, takie jak np. chytridiomykoza, która dziesiątkuje populacje płazów na całym świecie, a także pożary i w coraz większym stopniu zmiana klimatu. Co gorsza te ostatnie stają się coraz bardziej dotkliwe. W swoim raporcie IUCN zwraca uwagę, że jeszcze w latach 1980-2004 za pogorszenie wielkości populacji zagrożonych płazów odpowiadały w 91% utrata siedlisk i choroby. W okresie 2004-2022, w 39% odpowiadała za to już zmiana klimatu (Luedtke i in, 2024). A nasilające się zmiany, płazy będą odczuwać coraz mocniej.

Jak globalne ocieplenie utrudnia życie płazom?

Zmiany temperatury i opadów oznaczają dla płazów bardzo wiele trudności. Na lądzie wyższa temperatura powoduje szybsze parowanie wody z powierzchni ciała, utrudniając utrzymanie odpowiedniej wilgotności skóry, przez którą płazy pobierają niezbędny im do życia tlen. Również żyjącym w wodzie kijankom (larwom żab i traszek) coraz trudniej oddychać, gdyż w cieplejszej wodzie rozpuszczone jest mniej tlenu. Wyższe temperatury oznaczają również, że płazy wybudzają się z hibernacji w ciepłe zimowe dni i ruszają na poszukiwania trudno dostępnego o tej porze roku pokarmu, a na wiosnę po wielokrotnym wybudzaniu się i zasypianiu – procesie bardzo wymagającym energetycznie – są mocno osłabione, a przez to częściej stają się ofiarami drapieżników.

Wyższa temperatura i długotrwałe okresy bezopadowe, powodują również wysychanie niewielkich zbiorników, w których do tej pory bezpiecznie rozwijały się kijanki. Ogranicza to nie tylko liczbę osobników, które przetrwają do dorosłości, ale również możliwości migracji, gdyż płazy muszą pokonywać coraz większe odległości by znaleźć odpowiedni zbiornik na złożenie jaj (Bofil i Blom, 2023; Bhagarathi i in, 2023). Dodatkowo, coraz częstszym problemem stają się intensywne deszcze czy powodzie, które wymywają zarówno młode jak i dorosłe osobniki z sadzawek (często zmywając je na drogi), mocno ograniczając ich, i tak już nieliczne, populacje (Adamski i Łaciak 2023).

Stres cieplny i odwodnienie wpływają również na system odpornościowy płazów, sprawiając że są one dużo bardziej wrażliwe na choroby (Rollins-Smith i Sage, 2023). Jedną z takich chorób rozkwitających w czasach kryzysu klimatycznego jest chytridiomykoza – szeroko rozpowszechniona choroba grzybowa, która przyczyniła się do wymarcia m.in. ropuchy złotej w Kostaryce. 

Problemem stają się również rozpowszechniające się w cieplejszych, zdegradowanych często ekosystemach, gatunki inwazyjne, takiej jak trawianka  – ryba żywiąca się kijankami i larwami traszek – która coraz chętniej osiedla się w ocieplającej się Europie Wschodniej, stanowiąc realne ryzyko dla populacji tych płazów (Pupins i in., 2023). 

Adaptacja płazów do zmiany klimatu – czy możemy im pomóc?

Co robią płazy by przetrwać? Jeśli tylko mogą to migrują na północ lub „do góry”, jak np. kumak nizinny, którego zasięg na Ukrainie zdecydowanie się kurczy na korzyść rozszerzania zasięgu w stronę krajów nadbałtyckich (Tytar i in. 2018), czy salamandry plamiste w zachodniej Hiszpanii, które obecnie są znajdowane 75m wyżej niż jeszcze kilkanaście lat wcześniej (Sillero 2021). Jest to ogólny trend widoczny w całej Europie – do tego stopnia, że ok. 2050 na terenie Polski północnej-zachodniej możemy się spodziewać co najmniej kilku gatunków płazów więcej (obecnie mamy ich 19)(Proios i in. 2024), mimo że praktycznie w całej Europie (szczególnie w rejonie śródziemnomorskim) ich różnorodność będzie gwałtownie maleć. 

A czy my możemy jakoś płazom pomóc? Kluczowy okazuje się dostęp do małych, położonych blisko siebie, czystych, zacienionych zbiorników wodnych, nie zasiedlonych przez drapieżne ryby.  Dlatego też renaturyzacja dolin rzecznych, zmiany w rolnictwie (by jak najmniej zanieczyszczało ono wody) czy tworzenie połączeń między terenami zielonymi (również w miastach) jest tak kluczowe (Konowalik i in. 2016, Deoniziak i in. 2017, Knozowski i in, 2023). 

Świetnym przykładem poprawy lokalnej populacji płazów, jest Narwiański Park Narodowy, gdzie po przywróceniu wcześniejszego poziomu nawodnienia terenu, zaobserwowano pojawienie się wcześniej nie występujących traszek i kumaka nizinnego oraz zdecydowanie wyższą aktywność rozrodczą innych płazów (Deoniziak i in. 2017). Mimo więc naszych często ograniczonych możliwości, możemy wspierać żaby i inne płazy, tak by za wiele lat nadal móc się zachwycać ich kumkaniem.

Katarzyna Stojek

The post Gdzie słychać rechot żab? O losach płazów w Polsce i na świecie. appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Rośliny pokarmowe

Jedną z obaw związanych z wpływem zmian klimatu na owady zapylające jest utrata synchronizacji z czasem kwitnienia ich roślin pokarmowych. Jeśli pszczoła pojawi się zbyt wcześnie, kiedy jej roślina pokarmowa jeszcze nie zakwitła, lub przeciwnie – zbyt późno, po jej przekwitnięciu, nie będzie w stanie zebrać pokarmu dla potomstwa. 

Nawet kilka dni bez dostępu do pokarmu może skutkować poważnymi konsekwencjami dla szansy przeżycia i sukcesu rozrodczego osobnika (Schenk 2017). Pszczoły i rośliny mają jednak przystosowania, które pozwalają, przynajmniej do pewnego stopnia, zachować synchronizację mimo zmiennych warunków pogodowych w kolejnych latach. 

Zapylacze ewoluowały w warunkach, w których musiały przewidywać, kiedy zakwitną ich rośliny pokarmowe. Dostosowały się więc do podążania za sygnałami, jakimi kierują się również rośliny – zmieniającymi się temperaturami czy wilgotnością. Z tego powodu owady i rośliny, mimo zmian w fenologii pod wpływem zmian klimatu, wciąż mogą pojawiać się w tym samym czasie, i rzeczywiście u różnych gatunków obserwuje się zachowaną synchronizację na przestrzeni lat, mimo zmian w terminie pojawu obu partnerów (Forrest 2015, Renner i Zohner 2018). 

Strategią pozwalającą na rozpoczęcie aktywności w optymalnym czasie jest też zróżnicowanie pomiędzy osobnikami w obrębie populacji. Wzrastają wtedy szanse, że choć niektóre pszczoły pojawią się za wcześnie lub za późno, to część trafi na optymalny dla reprodukcji moment (Farzan i Yang 2018). 

Trudności w utrzymaniu synchronizacji

Jednak nie zawsze partnerzy interakcji reagują na zmiany klimatu w taki sam sposób. Badane przez Freimuth i in. (2022) rośliny przyspieszały swoją fenologię bardziej niż ich zapylacze. Jednocześnie, ponieważ do tej pory to zapylacze pojawiały się średnio nieco wcześniej, obecnie rośliny “nadrabiają różnicę” i synchronizacja wręcz się zwiększa. Jednak jeśli ten trend będzie się utrzymywał nadal, to najpierw zrównają się one ze swoimi zapylaczami, a potem je wyprzedzą, by coraz bardziej zwiększać desynchronizację.

Generaliści pokarmowi mogą sobie radzić z problemem, odwiedzając inne niż dotychczas, dostępne w danym momencie gatunki roślin. Będzie to prowadzić do przetasowań w zależnościach międzygatunkowych – w przyszłości inne gatunki będą wchodzić ze sobą nawzajem w interakcje – co może uczynić cały system mniej odpornym na dalsze zaburzenia (Gérard i in. 2020). 

W gorszej sytuacji niż generaliści są specjaliści pokarmowi, którzy nie mogą po prostu przestawić się na inny pokarm, jeśli zabraknie roślin przez nich preferowanych. U północnoamerykańskiej pszczoły Habropoda labriosa oraz jej roślin żywicielskich – borówek (Vaccinium) stwierdzono, że czas pojawu pszczoły przyspiesza bardziej niż czas kwitnienia roślin (Weaver i Mallinger 2022). Obserwacja trzmieli i ich roślin pokarmowych w górskich rejonach północnej Japonii pokazała, że wyjątkowo ciepła wiosna spowodowała, że część gatunków trzmieli pojawiła się za późno, po szczycie kwitnienia (Kudo 2014). O ile wpływ takich losowych zdarzeń w niektórych sezonach prawdopodobnie może być skompensowany w kolejnych latach, to inaczej będzie w przypadku powtarzania się tej sytuacji przez więcej sezonów pod rząd. 

Synchronizację może utrudniać też zamieszkiwanie przez partnerów interakcji różnych mikrosiedlisk. Przykładowo, pszczoły zimujące pod ziemią będą doświadczać mniejszych wahań temperatur niż wystawione bezpośrednio na warunki atmosferyczne ich rośliny pokarmowe. To może sprawiać, że nawet jeśli rośliny i owady reagują na tego samego rodzaju sygnały środowiskowe, to na każde z nich będą one oddziaływać inaczej (Forrest 2015).

Zmiany zasięgów roślin i ich owadzich partnerów

Innym problemem związanym z roślinami pokarmowymi jest zmiana zasięgów. W badaniach przeprowadzonych w Górach Skalistych wykazano przesuwanie się zasięgów części (choć nie wszystkich) gatunków trzmieli w górę, podczas gdy spośród odwiedzanych przez nie roślin w tym samym czasie zasięg zmieniły tylko dwie (Pyke i in. 2014). 

Prognozowane zmiany zasięgów dwóch gatunków pszczół bezżądłowych oraz zapylanego przez nie tropikalnego drzewa Mimosa scabrella wskazują, że w przyszłości zasięgi rośliny i zapylaczy będą pokrywać się w mniejszym stopniu niż teraz (Marchioro i in. 2020). Mimo że partnerzy tej interakcji nie są specjalistami i nie są zależni wyłącznie od siebie nawzajem, to obecnie badane pszczoły należą do ważnych zapylaczy M. scabrella. Brak odpowiednich roślin może utrudniać lub uniemożliwiać osiedlanie się pszczół w nowych miejscach, i uniemożliwić kolonizowanie chłodniejszych rejonów. Jak jednak zwracają uwagę Gérard i in. (2020), obecnie ten rodzaj zagrożenia jest wykazywany głównie w badaniach modelujących przyszłe zmiany rozmieszczenia, jako problem mogący się pojawić, a nie występujący jeszcze obecnie.

Globalne ocieplenie może wpływać na zaspokajanie potrzeb pokarmowych pszczół nie tylko poprzez swój wpływ na rośliny. Rosnącym zainteresowaniem badaczy cieszą się mikroorganizmy występujące w pyłku i nektarze. W pszczelim gnieździe żywią się zgromadzonym dla larw zapasem pokarmu. Mogą w ten sposób odgrywać znaczącą rolę dla pszczelich larw, porównywalną wręcz do symbiontów umożliwiających przeżuwaczom żywienie się trudnym do strawienia pokarmem (Steffan i in. 2019, Hammer i in. 2023). W wyższych temperaturach w pyłku i nektarze mogą dominować inne szczepy bakterii, niekoniecznie będące tak samo korzystnymi partnerami dla pszczół (Russel i McFrederick 2022).

Upał i susza a kwitnienie

Wysoka temperatura może wpływać na wysokość roślin, wielkość kwiatów, produkcję pyłku i nektaru czy wydzielanie zapachu (Gérard i in. 2020). Na cechy te wpływa również niedostatek wody. Przewiduje się, że w klimacie umiarkowanym będą coraz częściej występować wiosenne i letnie okresy suszy. Ich wpływ na relacje między roślinami i zapylaczami został przeanalizowany w pracy przeglądowej Descamps i in. (2021). 

Rośliny wystawione na stres spowodowany brakiem wody rosną niższe, a także mają tendencję do wytwarzania mniejszej liczby i mniejszych kwiatów. Ich kwiaty mogą wydzielać inny zapach, co wprawdzie nie prowadzi bezpośrednio do zmniejszenia ich wartości jako źródła pokarmu, ale może zaburzać komunikację z zapylaczami – pszczołom będzie trudniej odebrać sygnały kierowane do nich poprzez kwiaty, albo będą one dla nich mniej atrakcyjne (Jaworski i in. 2022). 

Mniejsze kwiaty wytwarzane pod wpływem suszy przez gorczycę polną były rzadziej odwiedzane przez trzmiele (Kuppler i in. 2021). Wpływ suszy na częstość odwiedzin jest jednak bardziej skomplikowany – w różnych badaniach notowano zarówno jej zmniejszenie, jak i zwiększenie, bądź brak wpływu (Descamps i in. 2021). 

Produkcja pyłku i nektaru może być zaburzona w czasie suszy, ograniczając dostępność pokarmu pszczołom. Niedostatek wody może zmniejszać zarówno produkcję pyłku, jak i jego żywotność. Nie jest pewne, czy żywotność wpływa z kolei na wartość pokarmową dla pszczół, chociaż są przesłanki, że tak (Yeamans i in. 2014). Wilson Rankin i in. (2020) obserwowali zmniejszenie wartości odżywczej pyłku i nektaru pod wpływem ograniczenia dostępności wody (które nie było jednak na tyle duże, by wywołać u roślin stres związany z suszą). Zmiany w pyłku i nektarze były wystarczające, by wpłynąć na rozwój kolonii karmionych nimi pszczół miodnych i trzmieli.

Wpływ suszy może przejawiać się w różny sposób w zależności od właściwości badanego gatunku (np. stopień uzależnienia rozmnażania od obecności zapylaczy, bądź przystosowanie do życia w suchych lub wilgotnych siedliskach), stadium życiowego, które doświadczyło braku wody (np. ekspozycja na suszę w pełni wyrośniętych roślin nie spowoduje różnic w wysokości, a wpływ wody na produkcję pyłku obserwuje się tylko przy zabiegach zastosowanych przed zakwitnięciem), tego, jak duży i długotrwały był stres, a także tego, czy susza wystąpiła jednorazowo, czy powtarzała się co roku (pojedynczy przypadek może się udać roślinie skompensować, kosztem uszczuplenia zasobów przeznaczonych na inne cele – problem zaczyna się, kiedy susze zdarzają się na tyle często, że w kolejnych sezonach nie można tego nadrobić).

Formą nagrody oferowanej zapylaczom przez rośliny jest również temperatura sama w sobie. Kwiaty mogą nagrzewać się i przy niskich temperaturach oferować cieplejszy od otoczenia nektar, który jest preferowany przez pszczoły. Gdy jest gorąco, pszczoły wolą z kolei nektar niepodgrzany, a nie wszystkie rośliny mają przystosowania zarówno do podgrzewania, jak i ochładzania kwiatów w zależności od potrzeb (Shrestha i in. 2018). 

(Pozorni?) zwycięzcy klimatyczni

Nie na wszystkie gatunki zmiany klimatu oddziałują jednakowo. Obok tych, które doświadczają negatywnych ich skutków, są też takie, które w pewnych warunkach mogą na nich korzystać. W Polsce możemy obserwować przynajmniej kilka gatunków, które obecnie zwiększają swój zasięg i liczebność, a ich sukces przypisuje się właśnie zmianom klimatu. 

Chyba najbardziej znanymi spośród nich są zadrzechnie (Xylocopa), których w Polsce występują dwa gatunki: fioletowa (X. violacea) i czarnoroga (X. valga). Dawniej były obserwowane bardzo rzadko, ta pierwsza została nawet na Czerwonej liście zwierząt Polski z 2002 zaklasyfikowana jako wymarła (Banaszak 2002), jednocześnie oba gatunki są często spotykane na południu Europy i nie są zagrożone. Mniej więcej od początku XXI wieku oba gatunki zadrzechni obserwuje się coraz częściej w różnych regionach kraju (Pawlikowski i in. 2018). 

Smuklik szerokopasy (Halictus scabiosae) i lepiarka bluszczówka (Colletes hederae) są z kolei gatunkami, które po raz pierwszy na obszarze Polski zostały zaobserwowane w ostatnich latach, a ich pojawienie się w naszym kraju jest elementem obserwowanego w całej Europie rozszerzania zasięgu w kierunku północnym i wschodnim (Wendzonka i in. 2022, Kierat 2023). 

Na szczególną uwagę zasługuje ten drugi gatunek, wykazujący silną preferencję wobec kwiatów bluszczu (Hedera helix). Dawniej kwitnący bluszcz na terenie naszego kraju był o wiele rzadszy niż obecnie, a zmiany te również przypisuje się między innymi ocieplaniu się klimatu (Kucharski i in. 2019). Lepiarka bluszczówka korzysta ze zwiększającej się bazy pokarmowej, która pozwala jej na ekspansję. 

Obecne zwiększanie obszaru występowania nie oznacza, że trend ten będzie stały. Modelowanie zmian zasięgu dla H. scabiosae pokazuje, że wymagania siedliskowe tego gatunku są dość stabilne w czasie i przestrzeni, i istnieją obawy, że temperatury w najcieplejszych obszarach jego występowania, na Półwyspie Iberyjskim, będą się stawać dla niego coraz mniej korzystne i gatunek będzie stamtąd ustępował (Gil-Tapetado i in. 2024).

Modelowanie przyszłych warunków klimatycznych oraz związanych z tym zmian zasięgów, podobne jak u H. scabiosae, wykorzystano również do badania różnych gatunków pszczół bezżądłowych (Meliponini), wysoce społecznych pszczół żyjących w rejonach tropikalnych i subtropikalnych. O ile w przypadku niektórych gatunków prognozuje się zwiększenie zasięgu lub też powrót do obszarów opuszczonych w wyniku ostatniego zlodowacenia, to u innych gatunków przewidywane jest kurczenie zasięgu, a w skrajnych przypadkach – wyginięcie na badanym obszarze (Gonzalez i in. 2021, Maia i in. 2020, Lima i Marchioro 2021, Marchioro i in. 2020).

Skomplikowane układy przyrodnicze

Na ten sam gatunek zmiany klimatu mogą oddziaływać jednocześnie poprzez różne mechanizmy, i te oddziaływania niekoniecznie muszą mieć ten sam kierunek (być pozytywne lub negatywne), a wręcz mogą się wzajemnie niwelować. Taka sytuacja ma miejsce u subalpejskiego gatunku samotnej pszczoły, Osmia iridis. Wyższe temperatury zwiększają efektywność zaopatrywania gniazd u tego gatunku. Jednocześnie jednak zwiększa się wtedy aktywność jego pasożyta gniazdowego, przez co koniec końców nie obserwuje się zwiększonej rozrodczości przy wyższych temperaturach (Forrest i Chrisholm 2017). 

Stała liczebność pszczół w danym siedlisku nie musi świadczyć o tym, że układ ten jest odporny na zmiany, jakich doświadcza. Susza oraz zwiększająca się temperatura mogą faworyzować gatunki bardziej odporne, które zwiększając liczebność będą zastępować te wrażliwsze, przez co bioróżnorodność będzie się zmniejszać (Kazenel i in. 2024, Dew i in. 2019). 

Jak zostało już wspomniane na wstępie, zastępowanie przedstawicieli jednych gatunków innymi ma ograniczoną skuteczność, jeśli chodzi o funkcje pełnione w przyrodzie. Różnorodna gatunkowo grupa pszczół będzie bardziej efektywna w zapylaniu roślin niż grupa bardziej jednorodna o takiej samej liczebności. Szczególnie dobrze widać to przy porównaniu pszczoły miodnej z dzikimi zapylaczami – zwiększanie liczebności pszczoły miodnej może nie dawać pozytywnych efektów, a wręcz pogarszać sytuację, jeśli towarzyszy temu zmniejszanie się liczebności i różnorodności dzikich zapylaczy (Angelella i in. 2021, Garibaldi i in. 2013).

Wpływu zmian klimatu na pszczoły nie sposób określić inaczej niż jako złożony. Mimo że z badań wyłania się niepokojący obraz, to w przypadku pewnych gatunków, aspektów ich biologii czy siedlisk możemy też dostrzec przejawy odporności na zaburzenia, a nawet korzystania z dziejących się zmian. Czasem korzyści te są pozorne, jak w przypadku Osmia iridis i jej pasożyta, kiedy są zerowane przez towarzyszące im negatywne zmiany. Mogą być też lokalne – na przykład jeśli dany gatunek zwiększa swój zasięg na północ czy w górę w rejonach górskich, ale jednocześnie ustępuje z innych miejsc. Rejony o odpowiednim dla gatunku klimacie mogą być niemożliwe do zasiedlenia z powodu barier geograficznych lub trudności w przemieszczaniu, bądź gatunek może w nich napotykać inne zagrożenia antropogeniczne, choćby w sytuacji, kiedy nowe optymalne klimatycznie rejony znajdować się będą w rejonach silnie zurbanizowanych (Dew i in. 2019). 

Wielu rzeczy jeszcze nie wiemy. Obecnie dziejące się zmiany nie mają precedensu, są szybkie, a ich skutki cały czas badane. Czynniki, które w małym nasileniu mogą sprzyjać lub nie szkodzić, po przekroczeniu pewnej granicy mogą stać się bardzo niebezpieczne. Jak to zwykle bywa w badaniach przyrodniczych, wszystko komplikują wzajemne interakcje różnych czynników, które trudno zbadać, a jeszcze trudniej przewidzieć. Najlepszym, co możemy obecnie robić, wydaje się kontynuacja badań, a jednocześnie podejmowanie wszystkich możliwych działań, by zapobiegać i spowalniać zmiany klimatu i ich skutki.

The post Ocieplenie klimatu i dzikie pszczoły (część 2) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Pszczoły, czyli kto?

Zanim przejdziemy do odpowiedzi na pytanie, jak zmiany klimatu wpływają na dziko żyjące pszczoły, powinniśmy wyjaśnić, kto dokładnie kryje się pod tym określeniem. Pod względem systematycznym pszczoły należą do grupy określanej łacińskimi nazwami Anthophila lub Apiformes, i są pogrupowane w siedem rodzin (w Polsce występuje sześć z nich: pszczołowate (Apidae), lepiarkowate (Colletidae), pszczolinkowate (Andrenidae), miesierkowate (Megachilidae), spójnicowate (Melittidae) i smuklikowate (Halictidae); siódma, Stenotritidae, jest spotykana tylko w Australii). 

W Polsce stwierdzono do tej pory niemal 500 gatunków, na świecie opisanych jest ok. 20 000. Najbardziej znanym gatunkiem jest oczywiście pszczoła miodna (Apis mellifera). Jest hodowana na największą skalę i używana nie tylko jako dostarczyciel miodu, ale i zapylacz upraw, jednak nie jest ani jedynym, ani najbardziej skutecznym zapylaczem. 

Dzikie pszczoły – kluczowe zapylacze

Badania przeprowadzone na roślinach uprawnych potrzebujących zapylenia w wielu różnych miejscach świata pokazały, że odwiedzanie kwiatów przez dzikie zapylacze (różne gatunki pszczół, ale też inne zwierzęta) zawsze zwiększało plon, natomiast częstsze odwiedziny przez pszczołę miodną miały pozytywny efekt tylko w 14% badanych przypadków (Garibaldi i in. 2013). Trzmiele (Bombus), również należące do pszczół, zapylają kwiaty borówek niskich (Vaccinium angustifolium) 6 razy szybciej, a pszczolinki (Andrena) 3 razy szybciej niż robią to pszczoły miodne (Javorek i in. 2002).

Pszczoła miodna jest bardzo wszechstronnym zapylaczem, mogącym odwiedzać wiele różnych gatunków roślin, zarówno rodzimych, jak i egzotycznych. Brakuje jej jednak wyspecjalizowanych przystosowań do zapylania pewnych roślin. Na przykład z gatunkami o długich, rurkowatych kwiatach lepiej radzą sobie pszczoły o długich języczkach, takie jak pewne gatunki trzmieli czy kornutki (Eucera). Zdolność do zapylania wibracyjnego, którego wymagają na przykład rośliny z rodziny psiankowatych (do której należą pomidory i bakłażany), posiada wiele rodzajów dzikich pszczół, ale nie miodna. Kwiat lucerny uderza odwiedzającego go owada pręcikami w głowę – takie obcesowe traktowanie nie robi wrażenia na miesierce lucernówce (Megachile rotundata), która w Europie jest gatunkiem dziko żyjącym, a w USA jest masowo hodowana właśnie jako świetny zapylacz lucerny, obok rodzimego dla Ameryki Północnej łusarka lucernowego (Nomia melanderi). 

Ta różnorodność przystosowań oraz niuansów zachowania i biologii sprawia, że nie da się w prosty sposób zastąpić jednego gatunku pszczół innym. Nawet jeśli jesteśmy w stanie wyhodować dużą liczbę pszczół miodnych, to nie jest to rozwiązaniem problemu zmniejszania liczebności dziko żyjących gatunków pszczół. 

Aby rośliny – zarówno uprawne, jak i dzikie – były odpowiednio zapylone, potrzebujemy nie tylko odpowiednio dużej liczebności zapylaczy, ale również różnorodności gatunkowej. I nie jest to problem marginalny, bo szacuje się, że z zapylenia przez zwierzęta w mniejszym lub większym stopniu korzysta ok. ¾ najważniejszych gatunków roślin uprawnych świata (Klein i in. 2007) oraz ok. 78% gatunków dzikich roślin okrytonasiennych w umiarkowanej (czyli naszej) strefie klimatycznej (Ollerton i in. 2011). 

Znaczenie różnorodności w zmieniającym się klimacie

W obliczu zmian klimatu różnorodność zapylaczy będzie miała szczególne znaczenie, jeśli zapylanie ma pozostać na odpowiednim poziomie. Dobrze obrazują to badania Rader i współautorów z 2013 roku. Aktywność dobowa pszczół mocno zależy od pory dnia oraz temperatury, przy czym różne gatunki mogą mieć różne wzorce tej aktywności. Zmiany w dobowym rozkładzie temperatur mogą sprawić, że dla niektórych gatunków optymalne okno czasowe stanie się węższe, dla innych – szersze, dla jeszcze innych przesunie się. 

Na przykładzie arbuza, który jest rośliną wymagającą zapylenia do zawiązania owoców, Rader i współautorzy spróbowali przewidzieć, jak zmiany klimatu wpłyną na aktywność owadów zapylających i efektywność zapylenia. Okazało się, że – przy założeniu, że inne czynniki, takie jak biologia kwiatów oraz liczebność zapylaczy, pozostaną te same – przy wzroście średnich temperatur o 2,4-6,6 stopnia, rola pszczoły miodnej w zapylaniu arbuza spadnie o 14,5%. Ponieważ niektóre dzikie pszczoły odnotują wzrost swojej aktywności, to sumarycznie zapylenie wzrośnie o 4,5% w stosunku do poziomu z czasu wykonywania tych badań. 

Przewidywane zwiększenie efektywności zapylenia wraz ze wzrostem temperatury nie powinno jednak wzbudzać w nas przedwczesnego optymizmu. Możemy się go spodziewać przy założeniu, że liczebność i różnorodność pszczół nie zmniejszy się wraz ze zmianami klimatu, co, jak przekonamy się niżej, bynajmniej nie jest bezpiecznym założeniem.

Bezpośredni wpływ temperatury

Zmiany klimatu to szereg powiązanych ze sobą zjawisk, jednak mówiąc o nich, w pierwszej kolejności myślimy zazwyczaj o wzroście temperatur. Badania przeprowadzone na dużej próbie holenderskich zapylaczy pokazały, że na przestrzeni 60 lat wzrosło znaczenie temperatury jako czynnika wyjaśniającego rozmieszczenie pszczół (Aguirre‐Gutiérrez i in. 2017). 

Każdy organizm ma pewien zakres tolerancji na temperaturę, której doświadcza. Zarówno przedział tolerowanych temperatur, jak i optymalna wartość, różnią się pomiędzy gatunkami, a czasem również pomiędzy stadiami rozwojowymi czy osobnikami mającymi wcześniej możliwość zaaklimatyzować się do danych warunków bądź nie. 

Pszczoły jako grupa są zwierzętami środowisk suchych i ciepłych, więc mogłoby się wydawać, że zwiększanie temperatur nie powinno sprawiać im aż tak dużych problemów, czy wręcz być dla nich korzystne. Trzeba jednak pamiętać, że każdy gatunek, nawet najbardziej ciepłolubny, ma górną granicę tolerancji. Samice pszczół latające po pokarm w gorące letnie dni często funkcjonują na granicy przegrzania i muszą robić przerwy w pracy, w czasie których się chłodzą (Rezkova i in. 2012, Danforth i in. 2019, Corbet i Huang 2016). 

Temperatura a zasięgi trzmieli

Przykładem pszczół chłodniejszego klimatu są trzmiele (Bombus), których przedstawicieli spotkać można nawet za kołem podbiegunowym oraz wysoko w górach. Na świecie występuje nieco ponad 250 gatunków, w Polsce mamy ich około 30. Analiza kilkuset tysięcy obserwacji, dokonanych od początku XX wieku w Ameryce Północnej i Europie pokazuje zmiany zasięgów wielu gatunków (Kerr i in. 2015, Soroye i in. 2020). Są one skorelowane ze zmianami temperatury i, w mniejszym stopniu, zmianami w ilościach opadów.

Widoczny jest trend ustępowania trzmieli z miejsc, w których zrobiło się dla nich zbyt gorąco. Jednocześnie obserwuje się pojawianie się ich w miejscach, które wcześniej mogły być dla nich zbyt chłodne do życia, jednak nie rekompensuje to utraty zasięgu na pozostałym obszarze. Pomiędzy latami 1901-1974 a 2000-2014 średnie prawdopodobieństwo znalezienia gatunku na danym obszarze spadło o 17% w Europie i 46% w Ameryce Północnej (Soroye i in. 2020). 

Wyniki modelowania zmian zasięgów trzmieli w przyszłości wskazują, że w 2100 roku aż 77% gatunków będzie zagrożone skutkami zmian klimatycznych, a tylko kilka zwiększy swój zasięg (Rasmont i in. 2015). Co ciekawe, jednym z tych kilku jest B. haematurus, u którego rzeczywiście obserwuje się obecnie zwiększanie zasięgu (Biella i in. 2021).

Samce gatunków trzmieli występujących w chłodniejszym klimacie wykazywały w badaniach mniejszą tolerancję na wysokie temperatury niż te żyjące w miejscach cieplejszych, np. regionie śródziemnomorskim (Martinet i in. 2021). Gatunki zamieszkujące rejony polarne oraz wysokogórskie są szczególnie narażone również z tego względu, że kiedy warunki w dotychczasowym zasięgu przestają być odpowiednie do życia, mają one ograniczone możliwości ucieczki. W pewnym momencie dalsze przemieszczanie się na północ i w górę przestaje być możliwe. Modele przewidują, że o ile niektóre górskie gatunki trzmieli mogą zwiększać swój zasięg w przyszłości (jeśli ich zdolności do rozprzestrzeniania się na to pozwolą), to gatunki arktyczne będą tylko tracić (Lee i in. 2019). 

Jak upał szkodzi osobnikom?

Trzmiele są świetnie przystosowane do życia w chłodnym klimacie. Ich gęste owłosienie i duże rozmiary pozwalają wolniej tracić ciepło, a potężne mięśnie skrzydeł przy niskich temperaturach mogą być wykorzystywane do rozgrzewania się przed lotem. Dzięki temu mogą one latać już w temperaturach niewiele wyższych od zera. Królowa wychowująca pierwsze robotnice może “wysiadywać” swoje potomstwo, ogrzewając je własnym ciałem, aby szybciej się rozwijały. Później, gdy robotnic jest więcej, aktywnie utrzymują one odpowiednią, mniej lub bardziej stałą temperaturę, optymalną dla rozwoju larw.

To, co jest świetnym przystosowaniem w chłodzie, może być problemem w wysokich temperaturach, gdzie zamiast problemu z utrzymaniem ciepła pojawia się problem z jego oddaniem do otoczenia. Dorosłe trzmiele mogą regulować przepływ hemolimfy do odwłoka, który w razie potrzeby działa jak chłodnica. Duże obawy badaczy budzą jednak fale upałów, które mogą przekraczać próg tolerancji trzmieli i być przyczyną śmiertelności. 

Badania symulujące wystawianie trzmieli na fale upałów pokazały, że zbyt wysokie temperatury, nawet jeśli nie zabiją owada, mogą powodować u niego zaburzenia pamięci i odbierania bodźców (Gerard i in. 2022, Perl i in. 2022), a u samców – obniżenie żywotności plemników (Campion i in. 2023). Efektywność lotu również zależy od temperatury. O ile w niskich temperaturach trzmiele latają z trudem i niechętnie, to powyżej 25-27^oC ich wydajność również zaczyna spadać (Kenna i in. 2021). 

Co gorsza, trzmiele i inne pszczoły słabo aklimatyzują się do wysokich temperatur, co oznacza, że nie znoszą upałów lepiej, jeśli już wcześniej miały z nimi do czynienia (Sepulveda i Goulson 2023, Gonzalez i in. 2024). Obawy budzi również możliwość przegrzewania się gniazd, choć zjawisko to nie zostało jeszcze jak dotąd wystarczająco przebadane eksperymentalnie (Kevan i in. 2024).

Wysokie temperatury w czasie rozwoju larwalnego mogą negatywnie wpływać na przeżywalność samotnych pszczół murarek (Osmia), a także prowadzić do powstawania osobników o mniejszej masie ciała (Radmacher i Strohm 2011, Kierat i in. 2017, Melone i in. 2024). W przypadku samic wielkość ciała jest pozytywnie skorelowana z jej wydajnością w zaopatrywaniu gniazda (Seidelmann 2014), można więc oczekiwać, że mniejsze osobniki, które rozwijały się w wyższej temperaturze, będą miały mniejszy sukces rozrodczy. 

Oddziaływanie zbyt wysokich temperatur może się różnić u przedstawicieli tego samego gatunku w zależności od innych czynników, na jakie wystawiony jest organizm. U samic północnoamerykańskiej samotnej pszczoły Xenoglossa pruinosa infekcja pasożytnicza powodowała mniejszą tolerancję na wysokie temperatury (Jones i in. 2024). Trzmiele z gatunku Bombus impatiens gorzej znosiły stres termiczny, kiedy brakowało im pokarmu (Quinlan i in. 2023). Ekspozycja na pestycyd zmniejszała tolerancję cieplną u pszczół bezżądłowych (Farnan i in. 2023), choć, co ciekawe, u pszczół miodnych obserwowano zależność odwrotną – podanie pestycydów zwiększało odporność na temperaturę (Gonzalez i in. 2022).

Zmiany klimatu to nie tylko podwyższające się temperatury. Towarzyszy im szereg zjawisk, które również mogą wpływać na pszczoły. Również reakcje innych organizmów, które wchodzą z pszczołami w interakcje, będą miały pośredni wpływ na ich funkcjonowanie. W kolejnej części zajmiemy się tymi właśnie mniej oczywistymi efektami globalnego ocieplenia.

Temperatura a zimowanie

Może się wydawać, że łagodniejsze zimy powinny być dla zwierząt korzystne, bo łatwiej im przetrwać ten trudny okres. Nie zawsze jest to prawdą, a w przypadku pszczół zbyt wysokie temperatury w zimie mogą mieć wręcz katastrofalne skutki. Murarka ogrodowa (Osmia bicornis), rogata (O. cornuta) i ich amerykańska krewna Osmia lignaria są pospolitymi pszczołami samotnymi, aktywnymi wiosną. Są hodowane jako zapylacze upraw (głównie sadów) i wykorzystuje się je też jako modelowe gatunki do różnego rodzaju badań. Jednym z dobrze zbadanych elementów ich cyklu życiowego jest właśnie zimowanie. Pszczoły te po ukończeniu rozwoju larwalnego nie wychodzą ze swoich gniazd, ale pozostają w kokonach jako dorosłe osobniki przez jesień i zimę, aby dopiero wiosną, pod wpływem odpowiednio wysokich temperatur, opuścić gniazdo i zacząć kolejny cykl rozmnażania. Na cały ten czas, od wyklucia z jaja do wylotu na wiosnę, musi im wystarczyć pokarm zgromadzony w gnieździe przez matkę. Muszą więc oszczędnie gospodarować energią.

W normalnych warunkach metabolizm przyspiesza wraz z temperaturą, jednak najgorętsze tygodnie lata murarki spędzają w stadium przedpoczwarki (czyli larwy tuż przed przepoczwarczeniem), które ma zdolność obniżenia zużycia energii mimo wysokich temperatur. Inaczej jest zimą – jeśli ochłodzenie nadejdzie zbyt późno lub też będzie trwało zbyt krótko, będzie to prowadzić do utraty masy ciała, a w najgorszym przypadku do śmierci (Sgolastra i in. 2010, Bosch i in. 2010). 

Ponieważ w wysokich temperaturach rozwój larwalny przyspiesza i pszczoły szybciej osiągają stadium dorosłego osobnika (Radmacher i Strohm 2011), negatywny efekt może się jeszcze pogłębiać, gdyż dłużej będą wystawione na wysokie temperatury w czasie, kiedy powinny już rozpocząć zimowanie (Bosch i Kemp 2004). Z kolei nawet ponaddwudziestostopniowe mrozy nie zaszkodzą zimującym murarkom (Krunić i Stanisavljević 2006).

Badania porównujące gatunki zimujące na różnym stadium rozwoju wskazują, że gatunki wczesnowiosenne, zimujące jako dorosłe (tak jak wspomniane wyżej gatunki murarek), wydają się być bardziej wrażliwe od gatunków zimujących w stadium przedpoczwarki i pojawiających się później w sezonie (Fründ i in. 2013).

To tylko część efektów, z którymi muszą sobie w wyniku zmiany klimatu radzić zapylacze. Już wkrótce druga część tekstu!

The post Ocieplenie klimatu i dzikie pszczoły (część 1) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Szymon Bujalski: Jak z powodu zmiany klimatu zmieniają się zachowanie i fizjologia niedźwiedzi?

Dr. hab. Nuria Selva: – Ponieważ niedźwiedzie zimują, są bardzo wrażliwe na temperaturę. Jeżeli dochodzi do bardzo szybkich zmian temperatury – jest bardzo zimno, a nagle robi się strasznie ciepło – mogą przez to trochę „zwariować”, pogubić się. A niedźwiedzie generalnie nie lubią ciepła. Dlatego gdy je czasami odławiamy, nigdy nie robimy tego, gdy temperatura jest wysoka.

Warto też dodać, że dla sytuacji niedźwiedzi niezwykle ważna jest jakość siedliska. Najlepiej, gdy jest ono odpowiednie – może to być na przykład niedostępny, stary las, stare drzewo z obszerną dziuplą. Jeżeli w okolicy będą jednak drogi, jeżeli będzie to miejsce łatwo dostępne dla ludzi, to wówczas niedźwiedzie mogą być płoszone, a okres snu i przebudzenia staje się dla nich dużo trudniejszy.

Czy to, że jest coraz cieplej, wpływa na okres hibernacji niedźwiedzi?

– Tak, oczywiście. Głównym sygnałem do rozpoczęcia zimowania jest światło, bo to jest uniwersalny wskaźnik. Ale temperatura też ma znaczenie. Jeśli ciepły okres nadchodzi wcześniej, zwierzęta wychodzą z gawry, bo dostają niedobry sygnał: już jest ciepło, już jest wiosna. A okazuje się, że nie jest. Tymczasem zimowanie pełni kluczową funkcję adaptacyjną dla braku pokarmu. Zwierzęta powinny więc wybudzać się ze snu wtedy, gdy pokarm na pewno będzie już o wiele bardziej dostępny. Przy zmieniającym się klimacie wcale tak być nie musi.

Okres zimowania zmienia się nie tylko w Bieszczadach, ale też w innych miejscach w Europie. Co więcej, niektóre osobniki już nawet nie zimują. Jest gorąco, mają stały dostęp do pokarmu, więc nie mają takiej potrzeby.

Im będzie cieplej, tym mniej będzie niedźwiedzi w Europie?

– Swego czasu badaliśmy szczątki niedźwiedzi w Europie. Stworzyliśmy mapę, która pokazywała, gdzie te zwierzęta występowały przez cały holocen. Przy wykorzystaniu badań paleontologicznych sprawdzaliśmy, jakie czynniki wpływają na to, czy niedźwiedzie w całej Europie są zagrożone wyginięciem. I otrzymaliśmy bardzo ciekawe wyniki.

Doszliśmy do wniosku, że przez ten okres ponad 10 tysięcy lat zimowa temperatura znacząco wpływała na możliwość obecności niedźwiedzia. Trochę nie rozumieliśmy , dlaczego tak jest, bo przecież to zwierzęta bardzo „plastyczne”, potrafiące dostosować się do zmiennych warunków. Gdy samiec zostanie wypłoszony z gawry, to zmienia ją na inną i tyle, teoretycznie nie ma to większego wpływu na jego sytuację (sytuacja niedźwiedzic z młodymi jest inna). 

Chcąc rozwiązać zagadkę, dokonaliśmy w gronie pełnym ekspertów przeglądu wskaźnika reprodukcji w dostępnej na całym świecie literaturze o niedźwiedziach brunatnych. I odkryliśmy, że wskaźnik reprodukcji jest bardzo skorelowany z zimową temperaturą: im jest wyższa, tym jest on niższy. Zresztą jeśli spojrzymy na dzisiejszą populację niedźwiedzi w Europie, to zobaczymy, że im bardziej na cieplejsze południe się wysuniemy, tym bardziej są one zagrożona wyginięciem. Jak na przykład w Hiszpanii czy Włoszech.

Poza tym wyższe temperatury łączą się też z zagrożeniem, o którym mówiłam wcześniej: siedliska stają się bardziej dostępne dla ludzi. Po prostu im cieplej, tym człowiekowi łatwiej przedostać się w głąb lasu. W rezultacie w niektórych krajach niedźwiedzie wyginęły na skutek polowań.

Cieplejszy klimat wpływa też na dostępność pożywienia dla polskich niedźwiedzi?

– Niedźwiedzie są wszystkożerne. Są więc bardziej elastyczne niż inne duże drapieżniki, takie jak wilk albo ryś, które jedzą tylko mięso. Mimo wszystko niedźwiedzie potrzebują padliny, mięsa – również, kiedy się budzą. Robimy obecnie badania na wszystkich gatunkach niedźwiedzia i widzimy, że kiedy rośnie temperatura, stają się bardziej wegetariańskie.

Czemu niedźwiedzie jedzą więcej roślin, gdy jest cieplej?

– Do końca tego nie wiemy. Jedną z przyczyn może być to, że w zimnym klimacie jest mniejsza dostępność roślin. Wówczas mogą one jeść tylko mięso, które w dodatku jest bardziej energetyczne. W niskich temperaturach dostępność pokarmów jest generalnie mała, więc jeśli zwierzęta mają czegoś szukać, to wybierają to, co dostarcza więcej energii.

Nasza hipoteza związana z tymi wynikami jest taka, że te duże, wszystkożerne zwierzęta są więc bardzo ważne dla ekosystemu, bo cały czas mogą modulować wszystkie interakcje troficzne [zachodzące w danym środowisku naturalnym – przyp. red.]. Ale jeżeli człowiek bardzo mocno ingeruje w siedlisko niedźwiedzia – na przykład dokarmiając je – to te naturalne interakcje zaburzamy. Zwierzęta niby są więc w ekosystemie, ale nie wypełniają w pełni swojej roli, bo zamiast jeść to, co powinny, jedzą na przykład kukurydzę podaną im przez człowieka.

A jak na niedźwiedzie wpływa cieplejsze lato?

– Latem niedźwiedzie będą miały naprawdę ciężko, bo nie lubią gorąca. Z moich obserwacji w terenie wynika, że one się chowają, szukają jakiegoś zimnego miejsca. O jego znalezienie będzie jednak coraz trudniej – i nie tylko dlatego, że jest coraz cieplej. W skali globalnej prawie wszystkie drapieżniki zajmują około 1/3 obszaru, który zajmowały kilkaset lat temu. Ten zasięg został zredukowany głównie do obszarów górskich, bo są one mniej dostępne dla ludzi. Co będzie teraz? Teraz my też będziemy latem szukać zimniejszych miejsc, będziemy częściej w górach. Więc duże drapieżniki będą miały jeszcze mniej miejsca. I nie będą już miały pola manewru, bo wyżej niż w góry już przecież nie pójdą.

Czy rosnące temperatury mogą zagrażać ich zdrowiu, przedłużeniu gatunku, życiu? Czy też owszem, będzie to utrudnienie, ale nie aż tak znaczące?

– To trudne pytanie, bo niedźwiedzie są fizjologicznie bardzo kompleksowymi zwierzętami. Wydaje mi się, że będzie to dla nich trudny czas, ale jak one z tym poradzą – nie wiem. Myślę, że podobnie jak my będą szukać chłodniejszych miejsc, żeby chronić się w ciągu dnia.

Pewnego razu założyliśmy niedźwiedziowi obrożę telemetryczną. Dzięki GPS mogliśmy sprawdzić, jak się poruszał. Pamiętam, że wtedy w Bieszczadach było strasznie gorące lato. Zastanawiało mnie, jak zareaguje na to niedźwiedź. I okazało się, że on się kąpał w jeziorku, które zrobiły bobry. To pokazuje, jak wiele jest połączeń w świecie przyrody. Im gorsza będzie jednak jakość środowiska, im mniejsza bioróżnorodność, im cieplejszy klimat, tym przed zwierzętami będzie mniej możliwości na przetrwanie. One oczywiście wciąż mają możliwości, wiedzą też, co mają robić – ale musimy im zapewnić odpowiednie warunki siedliskowe, by te możliwości wykorzystały.

Trochę już pani o tym wspomniała, więc dopytam. Spotkania z ludźmi to czynnik, który mocno wpływa na niedźwiedzie?

– W Polsce nie jest to wielki problem, ale może to się zmienić, bo mamy coraz większy dostęp do siedlisk niedźwiedzi, są one coraz bardziej przez nas niepokojone.

Ataki niedźwiedzi na człowieka cały czas są zaś bardzo sporadyczne. Śmiertelność wśród ludzi na skutek ataku krowy jest dużo wyższa niż przez atak niedźwiedzia. Podobnie jest z atakami psów, ale o tym nigdy nie mówimy. Jeśli już do takiego ataku jednak dochodzi, pamiętajmy proszę, że wciąż są to zupełne przypadki. Cały czas słychać o „winie niedźwiedzi”. Ale zwierzęta te na widok człowieka zwykle są po prostu zaskoczone, a ich pierwszą reakcją jest machanie łapami. A łapa niedźwiedzia to silna broń. Poza tym wielokrotnie pomyłki są ze strony ludzi, którzy na przykład wychodzą do lasu, gdy jest ciemno, wychodzą poza szlaki turystyczne itp.

Ostatni wypadek śmiertelny, do którego doszło w Słowacji, miał miejsce, gdy dwie osoby szły z pieskiem w bardzo, bardzo niedostępnym miejscu poza szlakiem, i to prawie w nocy. Do tego, gdy spotkały niedźwiedzia, to się rozdzieliły i zaczęły biec, a to coś, czego nigdy nie powinno się robić. Tak więc po naszej stronie też jest dużo pracy do wykonania. Musimy nauczyć się zachowywać w takich sytuacjach, a najlepiej po prostu omijać miejsca, gdzie prawdopodobnie niedźwiedź zimuje lub odpoczywa.

W Tatrzańskim Parku Narodowym, na 200 km², pojawia się 5 milionów ludzi rocznie i może przebywać prawie 60 niedźwiedzi. To bardzo duże zagęszczenie, a do takich wypadków nie dochodzi. Wydaje mi się, że to duży sukces, na który bardzo pracowano.

W jaki sposób?

– Po pierwsze – pracownicy parku bardzo ciężko pracowali nad tym, by nie przyzwyczaić niedźwiedzi do ludzkiego pokarmu. I takiego dokarmiania faktycznie nie ma. Po drugie – w parku można chodzić tylko po szlakach, nie można wychodzić poza nie. Dzięki temu niedźwiedź wie, gdzie może spotkać ludzi. Po trzecie – obowiązuje zakaz poruszania się po parku w nocy. I wreszcie po czwarte – park ma profesjonalną ekipę zajmująca się sprawami niedźwiedzi i interwencjami z nimi związanymi. Gdy zwierzę pojawia się w mieście, od razu pojawiają się ci specjaliści, którzy dbają o to, by bezpiecznie wróciło do natury. to oni od razu są. A zatem: nie dokarmiać, nie chodzić wszędzie, nie chodzić w nocy. Te trzy rzeczy wystarczą, by ryzyko ataku przez niedźwiedzia zdecydowanie zmniejszyć.

Jaka jest sytuacja niedźwiedzi w Polsce w porównaniu z innymi krajami?

– To zależy, o które niedźwiedzie pan pyta. Porównując ich sytuację z tymi z Włoch, polskie mają lepiej, porównując ze skandynawskimi – mają już gorzej. Niedźwiedzie w Polsce dalej niż na północ od Karpat pójść już mogą, barierę stanowi dla nich ludzka zabudowa i wiele dróg, przez co nie mają możliwości swobodnie się rozprzestrzenić Poza tym, tak czy inaczej, nie miałyby gdzie iść. Połączona populacja niedźwiedzi w Karpatach z jednej strony jest dość spora, ale z drugie czeka na nią dużo zagrożeń.

W Bieszczadach jest na przykład wielki problem ze śmieciami. Ludzie ich nie zabezpieczają, więc młode niedźwiedzie, które szukają pokarmu, idą do tych śmieci czy do tego kompostu, który też nie jest zabezpieczony. Poza tym ludzie sami dokarmiają zwierzęta, budują domki, budują drogi… Siedlisko niedźwiedzi robi się przez to dostępne dla ludzi – i to największy problem. Jeśli będziemy w stanie tym wszystkim dobrze zarządzać, to będzie w porządku. Jeśli nie, to będzie przybywać konfliktów niedźwiedzi z ludźmi, a ludzie zaczną protestować, często nie rozumiejąc, że to oni są przyczyną tych konfliktów. Do tego warto wspomnieć, że straciliśmy szansę na powrót niedźwiedzi do takich miejsc jak Puszcza Białowieska przez budowę zapory na granicy.

Co jeszcze jest takim błędem, jakie działania ludzi przeszkadzają zwierzętom?

– Ogólnie dobrym przykładem jest sama liczba ludzi w Tatrach. Często jest ich cała kolejka – i nie ma przerwy między nimi. Czasami młody niedźwiedź z matką czekają godzinami, by móc przejść na drugą stronę. Gdy w końcu postanawiają przejść przez tłum ludzi, robi się z tego wielką aferę. Ale jak mają przejść nie przy ludziach, skoro ustawili się oni w niekończącej się kolejce, która stoi przez wiele godzin?

Czytałem w wywiadach z Panią, że dużym problemem jest też fragmentacja terenu i jego niekontrolowane zabudowywanie.

Największym problem dla dużych drapieżników, w tym niedźwiedzi, jest utrata siedlisk oraz pogorszenie się jakości tych siedlisk. To duży problem szczególnie w Polsce, bo tych dobrych siedlisk jest naprawdę bardzo mało. Mamy Tatry, Bieszczady i w sumie tyle, bo obszar pomiędzy nimi niedźwiedziom już nie za bardzo odpowiada, nie ma tam ich od dawna. Zresztą tak naprawdę wszystkie duże drapieżniki potrzebują dużo miejsca, dużo spokoju i wystarczająco dużo pokarmu.

Tymczasem w Polsce przez kompletny brak planowania przestrzennego każdy buduje, gdzie chce. Ludzie wszędzie robią drogi i stawiają domki, nie zastanawiając się, że fragmentują wielkie obszary niefragmentowane. A problemem jest nie tylko sama droga, lecz też to, co z nią związane: zanieczyszczenia, hałas, światło, ludzie. Jeśli na takim niefragmentowanym obszarze powstanie droga, to już nie ma odwrotu. Ten obszar staje się już dostępny dla wszystkich.

Ostatnio przeanalizowaliśmy, ile istnieje obszarów wciąż niepofragmentowanych przez drogi. I proszę mi wierzyć: jest ich naprawdę bardzo mało. Przeanalizowaliśmy całą Polskę, Węgry, Czechy i Słowację, w sumie 533 tys. km² , i na całym tym terenie znalazł się tylko jeden niepofragmentowany obszar większy niż 100 km² – znajduje się w Biebrzańskim Parku Narodowy]. W Stanach pojawił się już trend, który uważam za bardzo ważny. Gdy zrozumiano, że niektóre drogi powstały z wyraźną szkodą dla środowiska, degradując wartościowy obszar naturalny, te drogi są „zwijane”. My w Europie jesteśmy jeszcze bardzo daleko od odtwarzania natury w ten sposób.

W Polsce są nawet problemy z ochroną obszarów chronionych w parkach narodowych. Tatrzański Park Narodowy chce na przykład zbudować stację narciarską na Nosalu. A to nie tylko niszczenie środowiska, ale i zapraszanie coraz większej liczby osób. Już teraz Tatrzański Park Narodowy odwiedza 5 milionów turystów rocznie, czasami prawie 50 tysięcy dziennie. Przecież to obszar chroniony, a nie jakiś Disneyland. Myślę więc, że powinniśmy zacząć mówić ludziom, że jeżeli chcemy mieć odporny ekosystem, który jest nam potrzebny z wielu powodów, to nie możemy pozwalać sobie na dosłownie wszystko.

Ktoś może jednak powiedzieć, że jeśli ludzie interesują się naturą, to bardzo dobrze. Im częściej obcują ze światem przyrody, tym bardziej się do niego zbliżają.

– I ja to rozumiem, to naprawdę mnie cieszy. Ale czy to musi oznaczać turystykę na tak masową skalę w takim miejscu, jak Tatry? Poza tym nie raz obserwowaliśmy, że ludzi nie za bardzo interesuje to obcowanie z naturą, niejednej osoby nie obchodziło nawet to, że widać niedźwiedzia. One po prostu tylko chcą pójść w górę. Tak, to jest bardzo fajne, że ludzie chodzą w górach. Ale trzeba im wytłumaczyć, że powinni mieć szacunek do przyrody i zwierząt. Muszą wiedzieć, że nie wolno dokarmiać, nie wolno przeszkadzać, nie wolno podchodzić blisko niedźwiedzia.

Jak w ogóle bada się niedźwiedzie?

– Bardzo ważne informacje dają nam obroże telemetryczne, dzięki którym wiemy, jak niedźwiedź się porusza, gdzie idzie, gdzie zimuje, jak długo i jakie może mieć problemy, na przykład jakie przeszkody napotyka. Wiemy w sumie o wszystkim, co robi.

Ale tak naprawdę badamy wszystko, co można – od włosów, po odchody. Odchody są dla nas bardzo cennym materiałem, bo na ich podstawie badamy genetykę, możemy poznać poziom stresu u zwierzęcia, wiemy, co ono je, jakie ma pasożyty, jaki jest jego stan zdrowia itd. Z kolei w przypadku włosów wykorzystujemy ich cebulki i robimy badanie genetyczne. Dzięki temu możemy dowiedzieć się, który to dokładnie niedźwiedź, jaki jest jego poziom stresu, po części jaka jest też jego dieta – potrafimy na przykład odróżnić pokarm odludzki (taki jak kukurydzę) od naturalnego.

Porozmawiajmy o innych dużych drapieżnikach znanych w Polsce – rysiach i wilkach. Jak zmiana klimatu wpływa na ich los, dostępność pożywienia, siedliska itd.?

– To nie są „moje” gatunki, ale z tego co wiem ryś jest bardzo zagrożony. Tak naprawdę to najmniej liczny duży drapieżnik w Europie. Jest to efektem głównie utraty jakości siedlisk, bo rysie też potrzebują dużo masy pokarmowej i spokoju, struktury starego lasu, a nie pozbawionej różnorodności biologicznej plantacji. Problemem są też drogi. W Hiszpanii rysie iberyjskie umierają głównie na drogach, bo bardzo często są potrącane przez samochody. Jeżeli zmiana klimatu ma na nie jakiś wpływ, to podobnie jak u niedźwiedzi brunatnych – głównie poprzez dostępność do masy pokarmowej.

Wilki wydają się bardziej „plastyczne” niż rysie. Bo one mogą polować na więcej potencjalnych ofiar, częściej korzystają z padliny i są bardziej socjalne niż rysie i niedźwiedzie, będące bardziej samotnikami. Jako że wilki żyją w grupach rodzinnych, jest im łatwiej zaadaptować się do nowych warunków.

Populacja wilków w Polsce rośnie. W rezultacie coraz częściej słychać postulaty, by je odstrzeliwać, bo jest już ich za dużo.

– I kompletnie tego nie rozumiem. Co to znaczy „za dużo”? Jeśli one pojawiają się na przykład w lesie blisko Niemiec, gdzie długo ich nie było, to jest to coś dobrego. Dzięki temu będą regulować populację jeleni i dzików, które również generują pewne problemy, takie jak choroby czy kolizje na drogach. W badaniu w USA przyjrzano się temu, ile żyć ocalą duże drapieżniki przez to, że zjedzą zwierzęta kopytne, które nie będą powodować wypadków na drogach. Na przykład naturalna rekolonizacja Wisconsin przez wilki zmniejszyła liczbę wypadków samochodowych z udziałem jeleni o 24%.

Z powodu kryzysu klimatycznego i kryzysu bioróżnorodności naszym celem powinno być zadbanie o to, by ekosystemy były jak najbardziej kompletne, jak najbardziej odporne. A ekosystemy z dużymi drapieżnikami są dużo bardziej odporne niż bez nich. Potrzebne są strategiczne działania w tym kierunku. I zrozumienie, że jeżeli wilki pojawią się w lesie pod Poznaniem, to nie ma w tym nic złego. To po prostu oznaka tego, że mają tam odpowiednie warunki. Trudność ze zrozumieniem tego jest związana z tym, że ludzie nie są przyzwyczajeni do obecności wilków. Dlatego gdy je dostrzegają, od razu pojawiają się strach i panika. A przecież w Polsce choćby kleszcze powodują wiele chorób i o wiele więcej ludzi umiera z ich powodu.

Skoro zeszliśmy na takie tematy, trudno nie spytać o awanturę, jaka ostatnio wywiązała się wokół Europejskiego Zielonego Ładu i Nature Restoration Law – unijnego prawa o odbudowie zasobów przyrodniczych. Z perspektywy naukowca zajmującego się ssakami, dużymi drapieżnikami, środowiskiem, jak ocenia pani tę krytykę?

– Po pierwsze – skandaliczne jest to, że premier Donald Tusk nie popiera Nature Restoration Law. To prawo było pozytywnie zaopiniowane przez Państwową Radę Ochronę Przyrody, która powstała w tym samym czasie, w którym premier odrzucał NRL. Ministerstwo klimatu i środowiska również popierało NRL, ale mimo to decyzja szefa rządu była inna. To smutne, bo tak naprawdę przyjęcie tego prawa leży w interesie Polski.

Niestety, przy temacie Nature Restoration Law pojawiło się bardzo dużo fake newsów. Również w kontekście dużych drapieżników, z których rolnicy próbują zrobić kozła ofiarnego. To czysty populizm.

Dlaczego prawo o odbudowie zasobów przyrodniczych jest Polsce potrzebne?

– Bo jeśli nie będziemy odtwarzać natury, opiekować się tymi ekosystemami, to leżymy. Klimat się zmienia i nawet jeśli zmniejszymy emisje, co wciąż się nie dzieje, to wyemitowane CO₂ już się w atmosferze znajduje. Oznacza to, że pewne zmiany już zaszły i dalej będą zachodzić. Tym, co może nam najbardziej pomóc w ograniczeniu konsekwencji zmiany klimatu, jest właśnie odporna przyroda – wielki las, odtworzone mokradło itp. Choćby dlatego, że ona znacząco obniża temperaturę. Gdy jestem w Białowieży, temperatura od brzegu do środka lasu zmniejsza się o 5-6℃.

Ale zdrowego ekosystemu potrzebujemy także dlatego, że bez niego nie będziemy mieć ani czystej wody, ani odporności na powodzie, ani odpornego rolnictwa. Niestety, obecny model europejskiego rolnictwa jest nie do zaakceptowania. Duże korporacje cały czas chcą używać dużych ilości pestycydów i nawozów chemicznych. W Hiszpani czasem nie zbierają pomarańczy, które gniją na drzewach, bo nikomu to się nie opłaca – taniej jest sprowadzić je z Chile. Przecież to kompletny absurd. Myślę, że to jest głównym problemem rolników w Europie, a nie wilki czy niedźwiedzie. Zwłaszcza że rolnicy za straty związane z drapieżnikami dostają rekompensaty. 

A Hiszpania, z której Pani pochodzi, popiera NRL?

– Tak. Tego prawa nie popierają tylko te superprawicowe kraje, takie jak Węgry, Finlandia czy Słowacja. W Polsce już nie rządzi PiS, ale mentalność niektórych polityków wciąż jest taka sama – przynajmniej jeśli chodzi o przyrodę.

Dlaczego postanowiła Pani badać niedźwiedzie, i to akurat w Polsce?

– Od zawsze bardzo lubiłam duże drapieżniki. Mój doktorat robiłam na temat wpływu dużych drapieżników na zespół padlinożerców. Tak naprawdę wszystkie drapieżniki są padlinożerne – od myszołowa, przez lisa, po kunę. Badania z tym związane robiłam w Białowieży. Gdy wilki czy rysie zabiją zwierzę i zostawią resztki, to tam później odbywa się balanga. W tej układance brakowało niedźwiedzi brunatnych, które zawsze bardzo lubiłam, bo są to bardzo mądre zwierzęta. A ja lubię mądre gatunki, które szybko się uczą. Poza tym niedźwiedzie są wszystkożerne, co daje im bardzo duże możliwości w zakresie adaptacji i sprawia, że są bardzo ciekawym gatunkiem. No i są też piękne.

Rozmawiał Szymon Bujalski

Dr hab. Nuria Selva – prof. w Instytucie Ochrony Przyrody PAN w Krakowie. Jej badania dotyczą wpływu globalnych zmian na gatunki, społeczności i ekosystemy, ze szczególnym uwzględnieniem ochrony lasów, ekologii i ochrony dużych drapieżników oraz dróg jako czynników napędzających globalne zmiany. Opublikowała ponad 100 artykułów naukowych. Koordynowała projekt programu ochrony niedźwiedzia brunatnego w Polsce.

The post Niektóre niedźwiedzie już nawet nie zimują. Czy zmiana klimatu zagrozi tym zwierzętom w Europie? [WYWIAD] appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Bioróżnorodność pod ostrzałem a dobrostan ludzkości

Ludzkość czerpie korzyści z otaczającej przyrody pełnymi garściami. Ożywione i nieożywione składniki obecnych i dawnych ekosystemów zapewniają nam pożywienie, dach nad głową, rozwój gospodarczy, a także rozwój nauki i sztuki. Wciąż rosnąca presja na ekosystemy, której towarzyszą coraz bardziej zauważalne zmiany funkcjonowania systemu ziemskiego – w tym nasilająca się zmiana klimatu – wzmagają  powszechny niepokój i rodzą pytania o wyczerpywanie się zasobów i granice wytrzymałości biosfery. 

Powszechnie znanym skutkiem nacisku na ekosystemy jest utrata bioróżnorodności (bogactwa biologicznego), o której dobitnie świadczy wymieranie gatunków. W tej sytuacji niezwykle istotne są poszukiwania odpowiedzi na pytania o istotę i znaczenie bioróżnorodności dla człowieka, o zdolności biosfery do zaspokajania potrzeb populacji ludzkiej, o mechanizmy utraty bioróżnorodności oraz o możliwości złagodzenia nacisku na ekosystemy i ochronę bogactwa biologicznego. 

W cyklu trzech artykułów proponuję podjęcie rozważań na powyższe tematy. W pierwszym tekście zarysuję pojęcie gatunku i umieszczę obserwowany współcześnie spadek bogactwa gatunkowego w kontekście zmian bioróżnorodności w historii Ziemi, w drugim skupię się na mechanizmach utraty bioróżnorodności ze szczególnym uwzględnieniem roli zmiany klimatu, a w trzecim podejmę tematykę znaczenia bogactwa biologicznego i wskażę perspektywy jego ochrony.   

Bioróżnorodność niejedno ma imię 

Organizmy cechuje wielka złożoność i różnorodność. W stosunkowo „prostej” pojedynczej komórce bakteryjnej znajduje się od kilkuset do (najczęściej) kilku tysięcy genów, czyli odcinków materiału genetycznego, z których każdy zawiera informacje o białkach lub innych istotnych makrocząsteczkach biologicznych (Barton i inni 2007). Komórki grzybów, roślin i zwierząt cechuje zwykle jeszcze większy stopień złożoności, a ciało jednego osobnika może składać się z wielu bilionów (10¹²) komórek. Biolodzy wyróżniają także szereg ponadosobniczych stopni organizacji układów biologicznych, jak chociażby populacje, biocenozy, ekosystemy i sama biosfera.

Zróżnicowanie nauk biologicznych utrudnia uzgodnienie jednej obowiązującej definicji bioróżnorodności. Specjaliści z różnych dziedzin ujmują zagadnienia bogactwa biologicznego z perspektywy reprezentowanych przez siebie specjalności, zwracając zwykle uwagę na zróżnicowanie dużych cząsteczek biologicznych określanych jako makrocząsteczki (kwasy nukleinowe, białka i inne), gatunków oraz ekosystemów (Heydari i inni 2020). Aspekt gatunkowy, na którym skupimy w znacznej mierze nasze rozważania, przywołuje się często w pracach poświęconych wpływowi zmiany klimatu i innych elementów antropopresji na bogactwo biologiczne Ziemi (WWF 2020). Dotyczy on między innymi liczby gatunków zamieszkujących określone siedliska, liczebności populacji tych gatunków, a także zróżnicowania wielkości ich populacji (Heydari i inni 2020).

Gatunek, jaki jest, każdy widzi po swojemu

Pojęcie gatunku towarzyszy nam nie tylko w życiu codziennym, ale jest także istotne w naukach biologicznych. Posłużył się nim Karol Darwin w tytule (w treści oczywiście też) swojego fundamentalnego dzieła „O powstawaniu gatunków” wydanego w 1859 r., w którym wyłożył podstawy teorii ewolucji, która w swojej współczesnej postaci przenika nauki biologiczne i łączy je ze sobą (Ilustracja 3). Złożoność organizmów i powiązań między nimi, a także odmienność przedmiotów zainteresowań badaczy reprezentujących różne dziedziny biologii i nauk pokrewnych, utrudniają sformułowanie jednej definicji gatunku – podobnie jak w przypadku pojęcia bioróżnorodności. 

Możemy oczekiwać, że genetyk pracujący nad nowymi odmianami roślin uprawnych,  będzie inaczej rozumiał pojęcie gatunku, niż badacz historii życia na Ziemi (paleontolog), zajmujący się pozostałościami dawnych organizmów, których materiał genetyczny nie zachował się do naszych czasów albo wcale, albo jedynie w niewielkich fragmentach. Intuicyjnie wyczuwany jednak, że definicja gatunku powinna odwoływać się do podobieństwa lub pokrewieństwa osobników tworzących gatunek (biolog ewolucyjny powiedziałaby o podobieństwie w następstwie pokrewieństwa).

Najczęściej stosowana tzw. biologiczna koncepcja gatunku określa gatunki jako zbiory osobników faktycznie lub potencjalnie (dotyczy osobników żyjących daleko od siebie) krzyżujących się między sobą i izolowanych rozrodczo od innych takich grup (Ilustracja 4). (Barton i inni 2007; Futuyma 2008). Z oczywistych względów definicja ta odnosi się do gatunków żyjących współcześnie, paleontolodzy (badacze skamieniałości) klasyfikują gatunki wymarłe w oparciu o kryteria budowy ciała.

O powstawaniu gatunków 

Procesy powstawania gatunków noszą nazwę specjacji. W znacznym uproszczeniu jej mechanizm można wywieść z biologicznej koncepcji gatunku, która wskazuje na: 

1. obecność przepływu (mieszania się) genów w obrębie populacji należących do jednego gatunku (w wyniku rozmnażania płciowego geny obojga rodziców „spotykają się” w różnych układach w osobnikach potomnych),

2. brak przepływu genów między osobnikami należącymi do odrębnych gatunków.

W takim razie warunkiem koniecznym do powstania nowego gatunku będzie wyodrębnienie się z populacji osobników należących do jednego gatunku, takiej podgrupy (mniejszej populacji), która nie wykazuje (albo wykazuje jedynie sporadycznie) przepływu genów z populacją, od której pochodzi. 

Ustanie przepływu genów między obiema populacjami może zachodzić stosunkowo szybko (tak dzieje się najczęściej) lub stopniowo i powoli. Z chwilą ustania przepływu genów między obiema populacjami procesy ewolucyjne w każdej z nich zachodzą w sposób niezależny od siebie i odmienny. Jest to następstwem m.in. różnego kształtowania się warunków abiotycznych (klimatycznych, glebowych) lub biotycznych (biologicznych) w środowisku właściwym dla każdej z populacji.

W miarę upływu czasu procesy ewolucyjne zachodzące niezależnie w obu populacjach prowadzą do pogłębienia różnic między nimi, wzmocnienia izolacji rozrodczej (braku możliwości krzyżowania) i w końcowym efekcie do powstania dwóch odrębnych gatunków. Najczęstszym czynnikiem rozdzielający populację pierwotną na dwie części jest obecność fizycznej bariery (góry, rzeki, pasma lądu lub wód), która wymusza ustanie przepływu genów między populacjami (nowy gatunek powstaje w innym miejscu niż gatunek pierwotny, oddzielony od niego barierą). To najlepiej udokumentowany rodzaj specjacji, nazywany specjacją allopatryczną (starogreckie; allos – inny, greckie; patrida – ojczyzna) (Ilustracja 5). 

Odrębną grupę sposobów powstawania gatunków stanowią rozpowszechnione przede wszystkim u roślin procesy poliploidyzacji i hybrydyzacji (patrz: ramka poniżej). Najczęściej dochodzi najpierw do hybrydyzacji. Pomimo bezpłodności lub ograniczonej płodności, wynikającej z tego, że chromosomy nie posiadają par (chromosomy pochodzące od różnych gatunków mają odmienna budowę i nie mogą tworzyć par), mieszańce mogą przetrwać rozmnażając się wegetatywnie (ramka poniżej). W którymś pokoleniu następuje poliploidyzacja, w wyniku której chromosomy znów występują w parach. Tak powstały nowy gatunek jest płodny, ale nie może krzyżować się z osobnikami gatunków, z których pierwotnie powstał.

Bardzo, bardzo dawno temu…

Ziemia powstała około 4,6 mld lat temu z obłoku materii, który dał także początek innym ciałom niebieskim należącym do naszego Układu Słonecznego. Splot wyjątkowych okoliczności (masa Słońca, odległość Ziemi od Słońca, średnica i masa Ziemi, skład chemiczny wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej, parametry orbity Ziemi i wiele innych) spowodował, że na powierzchni naszej planety mogła utrzymać się woda w stanie ciekłym. A to – jak się uważa – było warunkiem koniecznym do powstania życia opartego o związki węgla i jego przetrwania przez kilka miliardów lat (Kump i inni 2007). Najstarsze ślady pierwotnych bezjądrowych organizmów jednokomórkowych (archeony, bakterie) są znajdowane w skałach zachodniej Australii  liczących około 3,5 mld lat, powstanie pierwszych organizmów jednokomórkowych z materii nieożywionej miało zapewne miejsce nieco wcześniej (Knoll i inni 2016). 

Jak widzimy życie istniało na Ziemi przez większą część jej historii. Jednak przez znaczną część tego okresu warunki na powierzchni planety i sama biosfera zupełnie nie przypominały dzisiejszych. Chcąc wybrać się na wycieczkę po ekosystemach w Archaiku (Ilustracja 6) musielibyśmy zaopatrzyć się w specjalną aparaturę z uwagi na praktycznie brak tlenu w pierwotnej atmosferze, która zapewne składała się głównie z N₂ (azotu) i CO₂ (Kump i inni 2007; Knoll i inni 2016). 

Powstanie atmosfery tlenowej (ok. 2,7 mld lat temu) niezbędnej do funkcjonowania biosfery w obecnej postaci zawdzięczamy jednokomórkowym sinicom przeprowadzającym fotosyntezę tlenową, czyli proces, w którym dwutlenek węgla i woda są z pomocą energii słonecznej przetwarzane na wykorzystywaną przez organizm glukozę i tlen. Jednak dopiero około 600 mln lat temu stężenie tlenu w atmosferze osiągnęło poziom zbliżony do dzisiejszego (21%), co zbiegło się w czasie z powstaniem i gwałtownym różnicowaniem się organizmów wielokomórkowych (eksplozja kambryjska), którego pozostałości odnajdujemy w materiale kopalnym (Kump i inni 2007). 

Mówiąc o zmianach bioróżnorodności w historii Ziemi skupimy się tak naprawdę na danych pochodzących z ostatniego eonu historii Ziemi zwanego Fanerozoikiem, obejmującego 541 mln lat (Ilustracja 6), bo w zapisie kopalnym pozostało niewiele pozostałości po organizmach wcześniejszych.

Wszystko płynie – biologiczne panta rhei

Powstawanie życia miało miejsce na powierzchni Ziemi prawie 4 mld lat temu. Od tego czasu na powierzchni planety zachodzi nieprzerwanie ewolucja biologiczna, której ważną cechą jest ciągła zmiana. Zmianie warunków biotycznych towarzyszą zmiany warunków abiotycznych, w tym klimatycznych. 

Warunki biotyczne i abiotyczne pozostają w stosunku wzajemnej zależności. Pamiętamy, że rozpowszechnienie fotosyntezy tlenowej sinic (element biotyczny) wpłynęło na wzrost stężenia tlenu w atmosferze i w wierzchniej warstwie oceanów (element abiotyczny), co z kolei umożliwiło gwałtowną ekspansję wielokomórkowych organizmów o metabolizmie opartym o oddychanie tlenowe (element biotyczny). 

Ciągła zmiana warunków abiotycznych i biotycznych na powierzchni Ziemi jest normą. Oznacza to, że procesy powstawania i znikania genów, zmian liczebności populacji, powstawania i ginięcia gatunków, a także zmian powiązań między gatunkami tworzącymi ekosystemy, zachodzą nieustannie we wzajemnej zależności od warunków klimatycznych i innych zjawisk przyrody nieożywionej. To, co niepokoi nas najbardziej w obecnych czasach, to gwałtowność tych zmian, ich globalny charakter, a także przyczyna (wynik  działalności człowieka) i potencjalny wpływ na przyszłe losy ludzkości.

Bioróżnorodność w fanerozoiku – raz pod wozem raz na wozie

Pozostałości po wymarłych organizmach odnajdywane w zapisie kopalnym pozwalają badaczom wyciągać wnioski o zmianach bioróżnorodności biosfery w okresie ostatnich 600 mln lat (ramka poniżej). Zauważono, że oprócz okresów, gdy liczba rodzajów utrzymywała się na zbliżonym poziomie, istniały i takie, w których malała ona gwałtownie (wielkie wymierania) lub szybko się zwiększała (Ilustracja 7). Badacze wyróżniają zwykle pięć wielkich wymierań, z których największe miało miejsce na przełomie permu i triasu około 252 mln lat temu, gdy, jak się szacuje, wyginęło 96% gatunków morskich i 70% gatunków kręgowców lądowych (Ilustracja 6) (Penn i inni 2018).

Wielkie wymierania miały swoją przyczynę w zjawiskach zachodzących na skalę planetarną. Przyczyn wymierania permskiego upatruje się zwykle we wzmożonej aktywności wulkanicznej na terenie dzisiejszej Syberii, w następstwie której doszło do emisji wielkich ilości CO₂ do atmosfery i pogłębienia efektu cieplarnianego, co skutkowało znacznym zwiększeniem temperatury wód oceanicznych (Kump i inni 2007). Mechanizm wymierania mógł polegać na pojawieniu się stref beztlenowych na wielkich połaciach oceanu w następstwie wzrostu tempa metabolizmu organizmów morskich (tempo metabolizmu silnie wzrasta z temperaturą otoczenia w pewnym zakresie temperatur) i spadku rozpuszczalności tlenu w wodzie (rozpuszczalność tlenu w wodzie spada z temperaturą) (patrz też Klimat dawnych epok: wielkie wymierania) (Penn i inni 2018). 

Do wielkich wymierań istotnie przyczyniły się też zderzenia Ziemi z planetoidami. Przyjmuje się, że ostatnie (nie licząc grożącego obecnie) wielkie wymieranie, które miało miejsce 65 mln lat temu na przełomie kredy i trzeciorzędu, zostało wywołane zderzeniem z planetoidą, o czym świadczy min. podwyższona zawartość irydu w warstwach geologicznych z tego okresu na całym globie (Alvarez i inni 1980). Do wymierania mogła też przyczynić się wzmożona aktywność wulkaniczna na Półwyspie Indyjskim będąca źródłem olbrzymiej emisji CO₂ do atmosfery i drastycznej zmiany klimatu (Oregon State University 2010). 

Dramatyczne zmniejszanie się bioróżnorodności w następstwie działalności ludzkiej zagraża nam bezpośrednio i nawiązuje do kataklizmów z dziejów Ziemi. W kolejnym artykule zajmiemy się przyczynami i mechanizmami obecnego kryzysu bioróżnorodności ze szczególnym uwzględnieniem roli zmiany klimatu. 

The post Bioróżnorodność w dziejach Ziemi: powstawanie i wymieranie gatunków appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Rafy koralowe często są utożsamiane z położonymi płytko pod powierzchnią morza rafami tropikalnymi, takimi jak znajdująca się przy wschodnim wybrzeżu Australii Wielka Rafa Koralowa. Występują one w wodach ciepłych, dobrze nasłonecznionych, zasadowych, czystych i stosunkowo ubogich w składniki odżywcze, gdzie warunki środowiskowe są względnie stabilne przez cały rok. 

Mała zmienność warunków powoduje, że koralowce budujące te rafy mają wąski zakres tolerancji na różne czynniki m.in. temperaturę wody. Wystarczy, że przekroczy ona lokalną, maksymalną miesięczną średnią jedynie o 1-2°C, by doszło do załamania symbiozy korali madreporowych (rafotwórczych) z jednokomórkowymi glonami z rodziny Symbiodiniaceae, którym zawdzięczają żywe kolory i substancje odżywcze pochodzące z fotosyntezy. Dla większości gatunków ta symbioza jest konieczna dla ich przetrwania. Podobnie dzieje się w przypadku innych organizmów będących gospodarzami dla zooksantelli (jednokomórkowych glonów) np. ukwiałów. Mamy wtedy do czynienia z tzw. blaknięciem raf. 

Ponieważ symbionty zaspokajają około 90% potrzeb energetycznych korali, taka sytuacja oznacza niedożywienie, zmiany fizjologiczne i ryzyko śmierci. Jeśli anomalne warunki nie trwają zbyt długo symbioza może zostać przywrócona i koralowiec ma szansę na regenerację. W innym przypadku zamiera (Hoegh-Guldberg i in., 2017, Mies i in., 2020, Schoepf i in., 2021).

Badanie zdrowia raf – jak to się robi?

Aby porównać stan danej rafy w różnych okresach (np.: przed i po morskiej fali gorąca) często używa się wskaźnika zwanego stopniem pokrycia koralami (madreporowymi). Określa on jaka część powierzchni rafy jest pokryta żywymi koralami, bez opisywania dokładnego składu gatunkowego. Jego wartości mówią np. czy rafa odnawia się się po okresie blaknięcia. 

Aby wyznaczyć stopień pokrycia koralami, najczęściej prowadzi się obserwacje w małej skali (dziesiątki metrów) w wielu oddalonych od siebie miejscach (co najmniej o setki metrów) przy pomocy jednej z trzech metod:

1. zdjęć pokazujących szczegółowo fragment rafy w skali 1-10 m,
2. pomiarów taśmą lub filmowanie wzdłuż wyznaczonej linii, pozwalające opisać ilościowo strukturę społeczności w skali 10-100 m,
3. holowanie obserwatora za łodzią – określa on przybliżoną wartość w skali >=100 m. 

Wyniki z wielu pomiarów są uśredniane i podawane w procentach. Dwie pierwsze metody dają wyniki, których dokładność określona zgodnie z zasadami statystyki to ok. +-10% pokrycia. Dane z holowania są bardzo subiektywne – zależą od szacunków danego nurka, który ocenia stopień pokrycia w szerokich kategoriach (np.: 0, 1–10, 11–30, 31–50, 51–75, 76–100%). 

Ze względu na różne ograniczenia, także techniczne, jednie około 0,01-0,1% obszaru tropikalnych raf na świecie jest badane. Dzięki tym danym naukowcy mogą jednak ustalić trendy dotyczące ich stanu  (Hochberg i Gierach, 2021, raport AIMS 2021/22). 

Rafy tropikalne kiedyś a dziś

Pierwsze obserwacje blaknięcia fragmentów raf poczyniono co najmniej 100 lat temu. Jednak blaknięcie na dużą, geograficzną skalę nie zostało opisane w literaturze naukowej aż do 1979 r. W latach 80. epizody masowego blaknięcia zaczęły dotykać całych raf i regionów często skutkując zamieraniem budujących rafy koralowców. Wiele dowodów wskazuje na to, że jest to stosunkowo nowe zjawisko, które pojawiło się w wyniku rosnących temperatur wody morskiej (Hoegh-Guldberg i in., 2017).

Katastrofalne blaknięcia w ostatnich dekadach

Ogrzewanie oceanów wraz z innymi negatywnymi procesami (np. zanieczyszczeniem) doprowadziło do tego, że około 50% tropikalnych raf koralowych zostało już utraconych. Zmniejsza się także stopień pokrycia żywymi koralowcami (madreporowymi). O ile 1000-100 lat temu wskaźnik ten dla raf  Basenu Indo-Pacyficznego wynosił prawdopodobnie średnio ok. 50%, to w latach 80. było to ok. 40% i ok. 20% na początku XXI w. Jedynie ok. 2% raf tego regionu miało w 1 dekadzie XXI w. pokrycie zbliżone do historycznego (powyżej 60%).

W przypadku Wielkiej Rafy Koralowej stopień pokrycia zmniejszył się z ok. 30% w 1985 r. do ok. 15% w 2012, a 2/3 tego spadku miało miejsce po roku 1998 r. W największym stopniu przyczyniły się do tego silne cyklony, ale także masowe pojawianie się żerującej na koralowcach rozgwiazdy korona cierniowa oraz epizody blaknięcia. W przypadku raf karaibskich spadek pokrycia był jeszcze większy –  z średniej ok. 55% w 1977 r. do ok. 10% w 2012 r. Tutaj oprócz sztormów duże znaczenie miało także występowanie chorób koralowców i rozrastanie się glonów spowodowane przetrzebieniem żywiących się nimi zwierząt (Bruno i Selig, 2007, De’ath i in., 2012, Hochberg i Gierach, 2021).

Dane z 2022 – za wcześnie na optymizm

Ponieważ wraz z ocieplaniem Ziemi rośnie siła cyklonów oraz ryzyko chorób i blaknięcia koralowców, naukowcy przewidywali, że także Wielka Rafa Koralowa znajduje się na ścieżce spadku pokrycia do ok. 10% w latach 20. XXI w. Tak jednak się nie stało. Co więcej, według raportu Australian Institute of Marine Science, w 2022 r. odnotowano największe pokrycie w 36 letniej historii obserwacji. W przypadku raf na północ od Cooktown wzrosło ono z 27% w 2021 r. do 36% w 2022 r., w części centralnej z 26 do 33. Spadło jedynie w części południowej – z 38 do 34%. Te obserwacje przyniosły falę optymistycznych nagłówków medialnych (np. Wieka Rafa Koralowa może przetrwać! albo Wielka Rafa Koralowa zaczyna się odradzać!) i można by je uznać za pozytywny sygnał, jeśli chodzi o stan Wielkiej Rafy Koralowej, jednak cały obraz jest dużo bardziej złożony.

Po pierwsze, AIMS dokonuje pomiarów najmniej dokładną metodą, czyli przy pomocy holowania obserwatora. Po drugie, jedynie 1/3 zbadanych raf miało stopień pokrycia zbliżony do historycznego (30-50%). Po trzecie, pojedyncze wydarzenia nie są w stanie przełamać wieloletnich trendów, a te nie są zbyt optymistyczne, tym bardziej, że „zyski” z danego roku mogą zostać łatwo utracone. Tak stało się w południowej części Wielkiej Rafy Koralowej w 2021 r. Z powodu masowego pojawiania się korony cierniowej zniszczone zostało wtedy około 1/3 pokrywy odbudowanej na przełomie 2020 i 2021 r. „To pokazuje jak wrażliwa jest Rafa na nagłe, silne zakłócenia, które pojawiają się coraz częściej i trwają dłużej” – podsumowuje prezes AIMS, dr Paul Hardisty. Dotyczy to także m.in. morskich fal gorąca (zobacz Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca, Skwar w oceanie, część 2: zamierające ekosystemy, De’ath i in., 2012, raport AIMS 2021/22).  

Coraz trudniejsza regeneracja raf

Ekstremalne temperatury mogą prowadzić do zamierania całych połaci raf, jednak nawet stres cieplny, który nie prowadzi do śmierci kolonii, ma negatywny wpływ na koralowce. Jego długotrwałym skutkiem jest m.in. obserwowany od lat 90. spadek tempa wapnienia (mineralizacji) korali madreporowych na tropikalnych rafach, w tym Wielkiej Rafie Koralowej, o ok. 15-20%. Powoduje to wolniejsze rozrastanie się raf, gdyż szkieleciki zbudowane z węglanu wapnia są podstawą jej “konstrukcji”. Do tego zbyt wysokie temperatury wody pogarszają sukces reprodukcyjny koralowców i wpływają negatywnie na osiadanie ich larw. 

Duże znaczenie dużych kolonii

Badania pokazują, że tam, gdzie pogarszają się warunki środowiskowe widoczny jest nieproporcjonalnie silny spadek liczby małych (młodych) kolonii. Taka sytuacja miała miejsce np. po epizodach wybielania w 2016 i 2017 r. na Wielkiej Rafie Koralowej. Liczebność małych koloni spadła wtedy gwałtownie o 55-75% w zależności od badanego miejsca. Był to efekt zamarcia dużych (“starych”) koloni. Największe kolonie są najbardziej płodne, stanowią więc podstawowe „stado lęgowe”, konieczne do uzupełniania strat w populacjach. Gdy ich brakuje, mniej jest larw i w konsekwencji młodocianych osobników, które  mogłyby “uzupełnić straty” (Dietzel i in., 2020). 

To już nie te same rafy

Epizody blaknięcia, a w konsekwencji zamierania części koralowców, mogą dodatkowo prowadzić do zmiany składu gatunkowego rafy.  Nową pokrywę koralową mogą na początku tworzyć głównie szybko rosnące gatunki, np. z rodzaju Acropora. Ich szybkie rozrastanie powoduje zwiększanie stopnia pokrycia, dzięki czemu już rok czy dwa po zniszczeniu rafy obserwacje mogą pokazać optymistyczny trend odradzania rafy (porównaj ilustracja 5, lata 2016-2020).  Problemem w tym, że Acropora są bardzo wrażliwe na uszkodzenia przez silne fale pojawiające się na skutek wichur i cyklonów. Łatwo także ulegają blaknięciu i są preferowanym pożywieniem rozgwiazd korona cierniowa. Tam gdzie dominują te korale pokrycie może więc gwałtownie się zmniejszyć. Tak stało się np. w przypadku południowej części Wielkie Rafy Koralowej w 2021 r. (De’ath i in., 2012, Morais i in., 2021, raport AIMS 2021/22).

Fale gorąca mogą przetrwać bardziej odporne gatunki np. Turbinaria spp czy Porites spp. Są to jednak gatunki, które bardzo wolno rosną. Ekstrema mogą pogarszać także ich stan zdrowia, co jednak łatwo jest przeoczyć podczas obserwacji, ze względu na mały stopień uszkodzenia. Skutkiem będzie jednak słabsze rozmnażanie i brak młodych kolonii. Zamieranie koralowców i zaburzenia w ich rozmnażaniu będą w dłuższym terminie prowadzić do zmniejszania pokrycia, złożoności, różnorodności i żywotności zgrupowań koralowców. Rafy będą się coraz bardziej zmieniać,a możliwość ich regeneracji –  pogarszać.  

Kolejne zagrożenie: odtlenienie oceanu

Co więcej, nie tylko wysokie temperatury czy zakwaszanie zagrażają koralom. Pod koniec września 2010 r. w Bocas del Toro na karaibskim wybrzeżu Panamy po raz pierwszy udokumentowano skutki warunków beztlenowych dla raf. Wysokie temperatury wody, słabe wiatry oraz wysoki poziom eutrofizacji i zanieczyszczenia składnikami organicznymi w zatoce Almirante doprowadziły do lokalnego odtlenienia wody. Skutkiem tego zdarzenia było zamarcie praktycznie wszystkich kolonii korali od głębokości 10-12 m do dna rafy – rafa została zniszczona właściwie w przeciągu kilku dni. Co gorsza kolonie nie zregenerowały się po tym zdarzeniu i zmienił się skład gatunkowy rafy (zobacz też: Niedoceniany problem pod powierzchnią oceanów) (Cant i in., 2020, Dietzel i in., 2020, Johnson i in., 2021, Morais i in., 2021).

Kiepskie prognozy dla tropików

Dowody na to, że rafy koralowe są w stanie adaptować się w tempie wystarczającym by dotrzymać kroku gwałtownemu ocieplaniu i zakwaszaniu oceanów są minimalne. Szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę to, że koralowce są długowieczne a tempo ich ewolucji niezwykle powolne. Twierdzenie, że tropikalne rafy koralowe będą migrować na wyższe szerokości, gdy temperatury wody będą tam rosły, jest również bezpodstawne, choć część gatunków tropikalnych faktycznie może się tam pojawiać (patrz np. Koralowce w pułapce). Będą one jednak najprawdopodobniej rzadkie w regionach podzwrotnikowych i w dużej mierze zależne, jeśli chodzi o larwy potrzebne do budowy nowych kolonii, od dużych kolonii tropikalnych (Hoegh-Guldberg i in., 2017, Cant i in., 2020). 

Prognozy opierające się na aktualnym tempie emisji gazów cieplarnianych wskazują, że przy ociepleniu o ok. 1,5°C 70-90% koralowców budujących tropikalne rafy zginie. W regionach występowania tych ekosystemów pojawią się nowe prowincje biogeochemiczne, gdzie panujące warunki będą sprzyjać raczej niewielkiej grupie organizmów. 

Największe ryzyko dotyczy regionu Indo-Pacyficznego, gdzie znajduje się m.in. Wielka Rafa Koralowa. Naukowcy z zespołu Christophera Trisosa wskazują, że co najmniej 90% gatunków we wszystkich społecznościach tego regionu będzie narażone na bezprecedensowe dla nich temperatury jeszcze przed 2100 r.. Będzie to miało ogromny wpływ na bioróżnorodność i usługi ekosystemowe zarówno na lądach jak i w morzach. 

Choć nie ma pewności, gdzie znajdują się „bezpieczne” granice utraty gatunków pozwalające utrzymać dalej funkcje ekosystemów, to metaanalizy sugerują, że spadek o 20% różnorodności gatunkowej może być jednym z możliwych progów (patrz Nagłe załamywanie się ekosystemów – kiedy nastąpi?). Tropikalne rafy koralowe mogą łatwo zbliżyć się w przyszłości do tego progu. Tym bardziej, że w przypadku kontynuowania obecnego tempa emisji w przeciągu najbliższych 30 lat nastąpi nagła zmiana warunków środowiskowych w miejscu życia wielu organizmów na takie, co do których nie istnieje praktycznie żadna wiedza dotycząca tego, czy dadzą radę w nich przetrwać. Jeśli obejmie to gatunki siedliskotwórcze, takich jak koralowce madreporowe, to los całych ekosystemów będzie zagrożony, nawet jeśli próg 20% nie zostanie przekroczony (wkrótce przeczytasz o tym w naszym kolejnym arykule) (Trisos i in., 2020, Howells i in., 2021, Lotterhos i in., 2021).

Rafy, które mają szansę przetrwać

Płytko położone tropikalne rafy koralowe, choć są najbardziej znane, nie są jednak jedynymi rafami na świecie. Na większych głębokościach (40-150 m) w wielu regionach znajdują się tzw. rafy mezofotyczne (słabo oświetlone, „rafy cienia”). Pokrywają one prawdopodobnie obszar podobny do tego, który zajmują przypowierzchniowe rafy w ciepłych wodach. Rafy cienia gromadzą węglan wapnia w dużo mniejszym tempie od tropikalnych (o ile w ogóle go gromadzą), gdyż przy niskim poziomie oświetlenia, niszczenie i rozpuszczanie przewyższa jego produkcję (zobacz też: Mit: Wzrost emisji CO2 nie ma wpływu na oceany). Takie ekosystemy są jednak, podobnie jak rafy zbudowane z węglanu wapnia, ważnym środowiskiem życia dla wielu organizmów, w tym gatunków istotnych z gospodarczego punktu widzenia. Wciąż są też na nich odkrywane nowe gatunki, gdyż rafy te są zazwyczaj trudno dostępne (Hoegh-Guldberg i in., 2017).

Rafy cienia na południowym Atlantyku

Szczególnym przykładem są rafy występujące na południowym Atlantyku. Mają one cechy, które powodują, że są mniej narażone na blaknięcie niż rafy z Oceanu Indyjskiego i Spokojnego:

• rozmieszczenie na większych głębokościach – średnia maksymalna głębokość występowania 70 m,
• większa tolerancja na mętną wodę, prawie 60% gatunków występuje w takich warunkach,
• większa tolerancja na wyższe stężenie składników odżywczych, ponieważ koncentracja związków azotu jest naturalnie podwyższona w południowym Atlantyku, 
• bardziej odporna na zniszczenie budowa, dominują formy masywne, stanowiące ok. 2/3 gatunków,
• bardziej elastyczne związki symbiotyczne: różne gatunki korali mogą się wiązać z różnymi symbiotycznymi glonami, w przeciwieństwie np.: do Wielkiej Rafy Koralowej, gdzie dużo gatunków preferuje określonego glona. 

Dzięki temu śmiertelność koralowców na skutek blaknięcia jest na południowym Atlantyku o ok. 60% mniejsza niż w Basenie Indo-Pacyficznym i o ok. 50% w porównaniu do Karaibów. 

Południowy Atlantyk jest do tego w mniejszym stopniu narażony na morskie fale gorąca niż inne regiony Wszechoceanu. Największe rafy tego regionu znajdują się na wokół Archipelagu Abrolhos, gdzie napływają chłodne wiry prądów morskich zmniejszające ewentualny stres termiczny. Kombinacja bardziej odpornych gatunków i mniejszej liczby fal gorąca powoduje, że rafy południowoatlantyckie, które w sumie rozciągają się na długości ok. 3000 km, są postrzegane przez naukowców jako pewnego rodzaju schronienie, gdzie wiele gatunków koralowców może przetrwać nawet w przypadku bardzo dużego wzrostu globalnej temperatury (Mies i in., 2020).

Zimnowodne rafy koralowe

Dużo głębiej od raf cienia (nawet do 3000 m pod powierzchnią wody) można znaleźć tzw. zimnowodne rafy koralowe. Szczególnie duże rafy zimnowodne (zajmujące obszar ok. 2 000 km² i mające nawet powyżej 8 tys. lat), zostały odkryte w ostatnich dekadach w wodach u wybrzeży Norwegii, znajdują się jednak one we wszystkich oceanach świata. Tworzące je koralowce nie żyją w symbiozie z glonami, ale wyłapują cząsteczki organiczne z wody. Bytują tu przede wszystkim gatunki budujące szkieleciki z węglanu wapnia, rafy te są więc wrażliwe na spadek pH wody. 

Wiele głębokowodnych koralowców (np.: korale madreporowe z rzędu Alcyonacea (korkowce)) ma niezwykle niskie tempo odtwarzania, przez co regeneracja tych raf po zakłóceniach antropogenicznych jest bardzo powolna. Rafom tym zagrażają m.in. połowy przy pomocy trału dennego, poszukiwanie i wydobywanie węglowodorów, górnictwo podwodne, kładzenie kabli i rur, zanieczyszczenie wody i zrzut śmieci. W przyszłości można się niestety spodziewać nasilenia szkodzących im aktywności ludzi, jednak część z raf ma szansę trwać dalej nawet mimo zachodzącej zmiany klimatu (Hoegh-Guldberg i in., 2017).

Rafy w warunkach ekstremalnych

„Ostatnim bastionem” koralowców mogą być także środowiska ekstremalne. Żywe kolonie są znajdowane m.in. u ujścia podmorskich źródeł w wodach koło Półwyspu Jukatan (Meksyk), gdzie pH spada do 7,7. Koralowce żyjące w Zatoce Perskiej są natomiast w stanie przetrwać temperatury wody sięgające 35^oC, dzięki wysokiej odporności na stres oksydacyjny i dzięki tolerującym gorąco endemicznym gatunkom glonów, z którymi żyją w symbiozie. 

Te cechy skłoniły zresztą naukowców do tworzenia hybryd w przypadku niektórych gatunków z odmianami z Oceanu Indyjskiego. Chciano sprawdzić, czy hybrydy lepiej sobie poradzą od lokalnych osobników z rosnącymi temperaturami wody tego akwenu. Wyniki eksperymentów były obiecujące, jednak naukowcy zastrzegli, że w naturalnych warunkach może on się nie powieść. Poleganie na sztucznych metodach rozmnażania koralowców czy ich „nasadzaniu” nie będzie miało znaczącego wpływu na przetrwanie raf. Dużo ważniejsza jest ochrona bioróżnorodności pozwalająca utrzymać jak największy „zasobnik” genotypów odpornych na różne środowiskowe stresy (Camp i in., 2018, Howells i in., 2021). 

Rafy NIE mają się coraz lepiej

Choć różne medialne doniesienia mogą wywoływać wrażenie, że tropikalne rafy koralowe mają szansę przetrwać do końca XXI w., to dane gromadzone przez naukowców wskazują, że jest to mało prawdopodobne przy obecnym tempie emisji gazów cieplarnianych. Nasze wnuki nie będą miały raczej szansy zachwycać się bogactwem Wielkiej Rafy Koralowej podczas snorkelingu. Pocieszającym dla nas faktem może być to, że w głębinach zapewne przetrwają inne rafy, o ile nie zniszczymy ich eksploatując bez umiarkowania naturalne bogactwa oceanów.   

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna prof. Jan Marcin Węsławski

The post Rafy koralowe – czy któreś przetrwają globalne ocieplenie? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Morskie ekosystemy stoją obecnie w obliczu szeregu zagrożeń, w tym przełowienia, zakwaszania i zanieczyszczenia plastikiem, ale okresy ekstremalnych temperatur mogą powodować gwałtowne, znaczne zmiany ekologiczne prowadzące do utraty ekosystemów, lokalnego wymierania, zredukowanych połowów i zmian w sieciach pokarmowych. 

Głównym problemem jest to, że oceany znacznie ogrzały się w wyniku antropogenicznej zmiany klimatu, więc morskie fale gorąca stają się częstsze i najprawdopodobniej zintensyfikują się w najbliższych dekadach. Tak jak atmosferyczne fale upałów mogą niszczyć uprawy, lasy i [przetrzebić] populacje zwierząt, morskie fale gorąca mogą dewastować ekosystemy w oceanach.

– mówi dr Dan Smale, badacz w brytyjskim Marine Biological Association.

Według Davida Diaza z Hiszpańskiego Instytutu Oceanograficznego, morskie fale gorąca są wręcz „odpowiednikiem podmorskich pożarów, w których fauna i flora ginie tak jakby została spalona” (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca).  

Badania pokazują, że morskie fale gorąca powodują m.in:

• zamieranie lasów wodorostów,
• bielenie raf koralowych,
• spadek ilości fitoplanktonu na powierzchni oceanów ze względu na zwiększoną stratyfikację (uwarstwienie) wody, 
• mniejszą produktywność biologiczną morskich ekosystemów,
• masową śmierć morskich bezkręgowców na skutek stresu cieplnego,
• gwałtowne, duże zmiany zasięgów gatunków roślin oraz zwierząt i związane z tym zmiany struktur morskich społeczności,
• nieodwracalne zmiany fizjologiczne w organizmach,
• zmiany w zachowaniu zwierząt.

Skutki fal gorąca mogą być do tego odczuwane przez morskie ekosystemy jeszcze wiele miesięcy, a nawet lat po zakończeniu tego zdarzenia (Frölicher i in., 2018, Oliver i in., 2018, Juza i in., 2022).

Blada przyszłość korala szlachetnego

Jednym z pierwszych zdarzeń, którego skutki dla morskich organizmów udokumentowano, była trwająca około miesiąca fala gorąca w 2003 r. w północno-zachodniej części Morza Śródziemnego. Temperatury wody przekraczały wtedy wieloletnią średnią o ok. 3°C. Doprowadziło to do masowego zamierania organizmów żyjących na dnie m. in. koralowców takich jak koral szlachetny czy Paramuricea clavata, tworzących siedliska będące domem około 10% śródziemnomorskich gatunków roślin i zwierząt. Badania przeprowadzone w 15 lat po tym wydarzeniu pokazały, że koralowce te nie zregenerowały się, prawdopodobnie także z powodu kolejnych fal upałów (w latach 2009, 2016 i 2018). Wręcz  przeciwnie – część kolonii znalazła się na skraju lokalnego wyginięcia. Cristina Linares, profesorka na Wydziale Biologii Uniwersytetu w Barcelonie wskazuje, że

podczas tych fal upałów warunki temperaturowe na badanych obszarach osiągnęły ekstremalne poziomy, które są niezgodne z wymaganiami życiowymi tych koralowców, co prawdopodobnie spowodowało nowe epizody wymierania zdziesiątkowanych populacji, uniemożliwiając [im] regenerację. 

Morska fala gorąca w 2022 r., podczas której temperatury wody już w czerwcu i lipcu były w niektórych miejscach wyższe od średnich o 6^oC na pewno będzie kolejnym zdarzeniem negatywnie wpływającym na te organizmy. 

Choć przyszłość niektórych gatunków koralowców z Morza Śródziemnego wygląda kiepsko, to naukowcy wskazują, że istnieją obszary, gdzie z powodu różnych czynników ekstremalne zdarzenia będą pojawiać się rzadziej. Ochrona tych miejsc pozwoliłaby stworzyć pewnego rodzaju azyle, gdzie koralowce mogłyby mieć większe szanse  na regenerację, a tym samym możliwe byłoby ich dłuższe przetrwanie (Frölicher i in., 2018, Gómez-Gras i in., 2021. Juza i in., 2022).  

Martwe rafy koralowe w tropikach

Podobnie mało optymistyczna przyszłość rysuje się przed koralowcami tworzącymi płytkowodne tropikalne rafy. Ich blaknięcie powodują kilkutygodniowe okresy (zazwyczaj 4-8 tygodni), gdy woda jest cieplejsza niż średnia temperatura powierzchni w lecie. Morskie fale gorąca bez wątpienia więc przyczyniają się do tych epizodów. Co więcej, ze względu na ich zwiększoną częstotliwość, do wybielania raf koralowych dochodzi obecnie statystycznie co 6 lat (w  latach 80. było to 25-30 lat), gdy tymczasem okres ich regeneracji przekracza 10 lat. Brak możliwości regeneracji oznacza w nadchodzących dekadach coraz większe pogarszanie stanu zdrowia raf koralowych, tym bardziej, że nawet koralowce, które nie straciły zooksantelli (nadających im kolor jednokomórkowych glonów, z którymi żyją w symbiozie) są osłabione w wyniku stresu cieplnego i podatne na choroby. 

Obecnie żywe koralowce zajmują połowę obszaru w porównaniu do lat 50. Eksperci zgadzają się co do tego, że rafy koralowe, które przetrwają do końca XXI w. będą jedynie w niewielkim stopniu przypominać te, które żyją obecnie. Punkt krytyczny raf koralowych został bowiem przekroczony już w latach 80. XX w., gdy stężenie CO₂ w atmosferze osiągnęło ok. 350 ppm. Wynika to z faktu, że odpowiedź oceanów na dany poziom skumulowanych emisji gazów cieplarnianych jest opóźniona o kilka dekad. Dopiero teraz widzimy więc skutki zmian, które zostały „zafiksowane” ponad 40 lat temu. 

Natychmiastowe zmniejszenie emisji ograniczyłoby jednak niszczenie części raf koralowych w długim terminie, tym bardziej, że  wpłynęłoby także na intensywność morskich fal gorąca. W przypadku raf na Oceanie Spokojnym pozytywne efekty widoczne byłyby już w pierwszej połowie tego wieku. (zobacz: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Ruthrof i in., 2018, raport Global Environment Outlook 6, 2019, raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym sie klimacie”, 2019, Eddy i in., 2021).

Ginące  lasy wodorostów

Koralowce i wodorosty, to tak zwane gatunki tworzące siedliska: dzięki nim powstaje środowisko życia dla innych organizmów, którym dostarczają pożywienia i schronienia. Ich odporność na zmianę klimatu, w tym możliwość odtwarzania się, ma więc kluczowe znaczenie dla przetrwania przez ekosystemy morskie różnych zaburzeń w dłuższym terminie. Niestety obserwacje pokazują, że nie tylko koralowce źle znoszą morskie fale gorąca.

Fala gorąca na początku 2011 r. na zachodnim wybrzeżu Australii, gdy anomalie temperatury powierzchni wody osiągały w niektórych miejscach nawet 5°C, doprowadziła m.in. do  masowej śmierci ryb. Z upływem czasu ujawniały się jednak także inne konsekwencje tego zdarzenia. Jedną z nich było zniknięcie lasów wodorostów wzdłuż setek kilometrów wybrzeża od Kalbarri do Perth. 

Analiza przeprowadzona 2 lata później pokazała, że porośnięty przez nie obszar skurczył się o ok. 40%. Pojawienie się w 2011 r. w przybrzeżnych wodach tropikalnych ryb i bezkręgowców, zmodyfikowało skład gatunkowy lokalnych zgrupowań. Ograniczyło to możliwość odtworzenia tych lasów i zostały one zastąpione na części wybrzeża innego rodzaju siedliskiem. Śmierć morskich roślin podczas tej fali gorąca spowodowała także uwolnienie znacznej ilości węgla organicznego do atmosfery oraz zmiany w ekosystemach „rozlewające się” w górę łańcuchów pokarmowych (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Pearce i in., 2011, Pearce i Feng, 2013, Wernberg i in., 2016, raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019, Viglione, 2021). 

Jedną z ofiar tych zmian stały się butlonosy indyjskie, których lokalna populacja skurczyła się o ok. 10%. Zmniejszyła się także liczba rodzących się młodych. Z powodu masowego ginięcia bezkręgowców i ryb, które utraciły swoje miejsca do życia, delfinom po prostu zaczęło brakować pożywienia. Choć delfiny mają wysokie zdolności adaptacyjne – wykazują wysoki stopień plastyczności zachowań – to nawet one mogą przystosować się do zmian tylko gdy są one powolne. Jednak morska fala gorąca to – z punktu widzenia ekosystemów – zjawisko gwałtowne. Niedożywienie było również powodem spadku liczby lęgów pingwinów małych (z dwóch do jednego rocznie) oraz słabej kondycji piskląt w kolonii zamieszkującej Wyspę Pingwinią, leżącą na zachodnim wybrzeżu Australii (Pearce i in., 2011, Wild i in., 2019).

Ofiary morskiego gorąca: ryby, ptaki, wieloryby…

Brak odpowiedniego pożywienia był także podstawową przyczyną wysokiej śmiertelności różnych gatunków zwierząt w przypadku rekordowej morskiej fali gorąca w 2014-2016 r. na wschodnim Pacyfiku (tzw. The Blob). W jej trakcie maksymalna anomalia temperatury powierzchni wody w stosunku do 1981-2010 osiągała lokalnie i czasowo ponad 6 stopni (np. zimą 2015/2016 w Zatoce Alaski). Interakcje pomiędzy ciepłym oceanem a atmosferą doprowadziły m.in. do stłumienia silnych wiatrów, co osłabiło wynoszenie na powierzchnię zimniejszych wód z głębin (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Cornwall, 2019 , raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019).

Wysokie temperatury wody, a tym samym utrzymujące się jej uwarstwienie i brak dopływu składników odżywczych z głębin, spowodowały spadek biomasy fitoplanktonu (o związku wysokich temperatur z uwarstwieniem oceanu przeczytasz w tekście Coraz większe rozwarstwienie oceanu). Pociągnęło to za sobą zniknięcie części żywiących się nim gatunków zooplanktonu, będących z kolei pokarmem mniejszych ryb. W roku 2015 odnotowano m.in. najmniejszą liczebność  kryla w 18-letniej historii obserwacji. 

Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury wody zwiększa się tempo metabolizmu zwierząt zmiennocieplnych, w tym ryb, a tym samym ich zapotrzebowanie energetyczne. Szacuje się, że ocieplenie wody w Zatoce Alaski o 2°C zwiększyło potrzeby pokarmowe głównych gatunków żyjących tu ryb drapieżnych sumarycznie o ponad 60%. Dodatkowo skutki fali gorąca mogą być wzmacniane przez zakwaszanie wody i ubytek tlenu. Aby chronić się przed negatywnymi oddziaływaniami tych zjawisk zwierzęta potrzebują dodatkowej energii z pożywienia. Zwiększone żerowanie drapieżnych ryb doprowadziło w konsekwencji do dalszego przetrzebienia ławic mniejszych ryb, które i tak były w słabszej kondycji z powodu niedożywienia. Ta sytuacja odbiła się bardzo negatywnie na rybożernych ptakach i ssakach morskich. Z głodu zginęło m.in. około 1 mln nurzyków zwyczajnych (ok. 1 /5 ich populacji). Są to najbardziej powszechne rybożerne ptaki rozmnażające się na półkuli północnej. Choć na ogół świetnie sobie radzą, takie ekstremalne sytuacje jak The Blob pokazały, że także one mają wyraźne granice możliwości przetrwania (Cornwall, 2019 , Piatt i in., 2020).

To wymieranie nurzyków było bezprecedensowym wydarzeniem na skalę światową jeśli chodzi o wielkość, rozległość i czas trwania. Dla porównania: w wyniku wycieku ropy naftowej ze statku Exxon Valdez w 1989 r. u wybrzeży Alaski zginęło szacunkowo 300 000 – 645 000 ptaków  morskich (z czego 3/4 to były nurzyki zwyczajne). Oprócz nurzyków ofiarami The Bloba padły dziesiątki lub setki tysięcy innych ptaków takich jak maskonury złotoczube czy nurniczki ciemne a także setki do tysięcy młodych uchatek kalifornijskich i wiele kotików meksykańskich. 

Na plażach Alaski i Kolumbii Brytyjskie znaleziono 79 długopłetwców i płetwali zwyczajnych wyrzuconych na brzeg (rekordowa liczba w historii obserwacji). Letnia populacja długopłetwców była w tych regionach w 2018 r. ponad 50% mniejsza niż 2013 r., obserwowano „kościste”, zagłodzone wieloryby, a w  latach 2014–2018 praktycznie nie pojawiły się żadne młode w Zatoce Lodowców (Cornwall, 2019 , Piatt i in., 2020).  Julia Parrish, profesorka Uniwersytetu Waszyngtońskiego, podsumowuje: 

Wszystko to – także masowe  zgony nurniczków zwyczajnych i  maskonurów złotoczubych – pokazuje, że świat cieplejszych oceanów to bardzo inne środowisko i bardzo inne ekosystemy wybrzeży dla wielu morskich gatunków

Toksyczne glony

Sytuację zwierząt w czasie „The Bloba” pogorszył jeszcze największy w historii zakwit toksycznych gatunków okrzemek (Pseudo-nitzschia) od  Kalifornii aż do Alaski w 2015 r. Produkowane przez nie toksyny takie jak saksitoksyna i kwas domoikowy przedostają się do łańcucha pokarmowego i są często wykrywane w organizmach szczytowych drapieżników morskich. W 2015 r. odnotowano rekordową obecność kwasu domoikowego w ssakach morskich i owocach morza. Związek kumulował się w m.in. sardelach, będących głównym pożywieniem nurzyków zwyczajnych. Choć nie było to główną przyczyną ich wysokiej śmiertelności, to na pewno przyczyniło się do pogarszania ich stanu zdrowia. Mogło mieć to też wpływ na długopłetwce, które także żerowały na sardelach (Zobacz też: Urlop z sinicami) (Cavole i in., 2016 , raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019, Piatt i in., 2020, Santora i in., 2020).

Wojna o homary

Wysokie stężenie kwasu domoikowego w owocach morza spowodowało m.in. zamknięcie łowisk krabów od Waszyngtonu do Kalifornii. Wynikające z tego straty gospodarcze wyniosły od roku 2015 do lutego 2016 ok. 48 mln dolarów. Również rybołówstwo dalekomorskie odczuło konsekwencje „Bloba”, np. w Zatoce Alaski i na Morzu Beringa spadła kondycja i -w przypadku niektórych gatunków- także liczebność ważnych gospodarczo ryb drapieżnych takich jak dorsze czy halibuty. 

Ogólnie szacuje się, że z powodu ocieplenia oceanów połowy ryb spadły między rokiem 1930 a 2010 o ok. 15-35% w zależności od regionu. Straty gospodarcze z tym związane mogą dodatkowo rosnąć w wyniku morskich fal gorąca. Na przykład straty w połowach sardeli peruwiańskiej mogą sięgnąć według prognoz 600 milionów dolarów rocznie w połowie XXI w.. Szacuje się, że obecnie każde pojedyncze zdarzenie tego typu powoduje globalnie straty bezpośrednie przekraczające 800 mln dolarów i pośrednie powyżej 3,1 mld dolarów rocznie przez kilka lat. Spory gospodarcze z tego wynikające mogą prowadzić nawet do wzrostu napięć między państwami – najbardziej znanym przykładem są konflikty między USA i Kanadą dotyczące połowów homarów (zobacz też film Lobster War) (Mills i in., 2013, Cavole i in., 2016, Piatt i in., 2020, Cheung i in., 2021, Smith i in., 2021).

Ocieplenie oceanów i morskie fale gorąca wpływają na liczebność, śmiertelność, wzrost i fenologię morskich organizmów. Według szacunków na każdy 1°C globalnego ocieplenia biomasa morskich organizmów spada o ok. 5%. Ponieważ poszczególne gatunki w różnym stopniu radzą sobie ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi, przekształcaniu ulegają całe lokalne ekosystemy (Lotze i in., 2019). 

Naukowcy oceniają, że przy ociepleniu o 2–3,5°C intensywność, częstotliwość, czas trwania oraz zasięg przestrzenny morskich fal gorąca spowoduje bezprecedensowe i nieodwracalne zmiany w funkcjonowaniu i stabilności morskich ekosystemów. Może to prowadzić do pustoszenia całych fragmentów oceanów, które będą tracić możliwość świadczenia usług ekosystemowych takich jak sekwestrowanie (wychwyt i składowanie) węgla organicznego czy dostarczanie pożywienia dla ludzi (Oliver i in., 2018, Free i in., 2019). 

Jak to może wyglądać można było się przekonać np.  podczas fali gorąca w Kanadzie w czerwcu i lipcu 2021 r. Kombinacja wysokich temperatur powietrza oraz wód przybrzeżnych doprowadziła do zdziesiątkowania morskich bezkręgowców w tym małży tworzących siedliska. Na samym wybrzeżu wyspy Vancouver zginęła tak ogromna liczba bezkręgowców, że odtworzenie populacji niektórych gatunków małży czy rozgwiazd może zająć nawet dekadę. Biorąc pod uwagę, że zarówno morskie jak i atmosferyczne fale gorąca stają się częstsze, rodzi to pytanie, czy jest w ogóle szansa by te ekosystemy kiedykolwiek wróciły do pierwotnego stanu. W Zatoce Alaski część populacji roślin i zwierząt nadal daleko jest od kondycji, którą miały przez Blobem, a w niektórych miejscach Zatoki ekosystemy już uległy trwałemu przekształceniu (Mills i in., 2013, Suryan i in., 2021, Weitzman i in., 2021, Gabriele i in., 2022). 

W związku z nasilającym się globalnym ociepleniem, fale morskich upałów robią się coraz częstsze i coraz bardziej dotkliwe. Warto przy tym pamiętać, że rzadko są jedynym obciążeniem dla poszczególnych ekosystemów. Często nakładają się na inne problemy, np. zanieczyszczenie, rabunkową gospodarkę człowieka, zakwaszenie oceanu. Współwystępowanie tych czynników może powodować, że ekosystem, który poradziłby sobie z jednym z nich, ulega jednak degradacji.

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: prof. Jan Marcin Węsławski

The post Skwar w oceanie, część 2: zamierające ekosystemy appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Więcej o obiegu węgla w przyrodzie – szybkim i wolnym cyklu węglowym – przeczytasz w naszych artykułach:
Dlaczego klimat się zmienia, czyli o wymuszeniach i sprzężeniach
Szybki cykl węglowy, część 1: atmosfera i ekosystemy lądowe 
Szybki cykl węglowy, część 2: węgiel w oceanach 
Wolny cykl węglowy i termostat węglowy

Wraz ze zmianami wielkości populacji zwierząt i wymieraniem gatunków, zaburzeniu ulegają skomplikowane zależności łączące elementy ekosystemów. Nowe szacunki tempa wymierania, włączające do wyliczeń owady i inne bezkręgowce, wskazują, że może ono obecnie sięgać 150–260 E/MSY (liczba wymarłych gatunków na 10 000 wszystkich gatunków w ciągu 100 lat), przy wartościach naturalnych kształtujących się w granicach 0,1–1 E/MSY (Cowie i in., 2022). Nie tylko pokazuje to, z jak ogromnym kryzysem mamy do czynienia, ale rodzi też pytanie, czy tak poważne zaburzenie biosfery nie wpłynie także na klimat planety. Badania wskazują, że jest to możliwe.

Zagłada megafauny
Do wymarcia plejstoceńskiej megafauny, w tym mamutów czy ogromnych leniwców, w głównej mierze przyczyniły się polowania ludzi. Część tych zwierząt było dużymi przeżuwaczami, a więc z ich obecnością wiązały się emisje metanu z fermentacji jelitowej. Naukowcy oszacowali, że wybicie wielkich przeżuwaczy spowodowało spadek globalnej temperatury Ziemi o ok. 0,08-0,2^oC (Malhi i in., 2015).

1. Wieloryby, rekiny i spółka (morskie kręgowce)

Oceany pełnią niezwykle ważną rolę w cyklu węglowym. Ekosystemy morskie pobierają mniej więcej tyle samo CO₂ co lądowe i usuwają z atmosfery około 1/3 antropogenicznych emisji tego gazu. Funkcjonująca w oceanach „pompa biologiczna”, której istotną częścią jest fitoplankton, pozwala wycofać część węgla z szybkiego cyklu do głębin oceanicznych i osadów, gdzie pozostaje uwięziony na setki, tysiące a nawet miliony lat (zobacz: Oceany będą pochłaniały coraz mniej dwutlenku węgla). Gdyby ten mechanizm przestał nagle działać, stężenie CO₂ w atmosferze zwiększyłoby się o ok. 400 ppm w stosunku do obecnego. Dlatego wszystko, co wpływa na fitoplankton (i inne morskie organizmy fotosyntetyzujące), będzie się przekładać na możliwość działania oceanu jako „pochłaniacza” CO₂. Jednym z takich czynników jest obecność i zachowanie zwierząt (Basu i Mackey, 2018, Martin i in., 2021).

Morskie kręgowce, takie jak ryby i wieloryby, mają zarówno bezpośredni jak i pośredni wpływ na  krążenie węgla. Naukowcy pod kierownictwem Angeli Martin zidentyfikowali kilkanaście takich oddziaływań i podzielili je na 4 grupy:

• związane z fizjologią (np. gromadzenie węgla w biomasie kręgowców, wydalanie z produktami ich metabolizmu),
• związane z zachowaniem (np. ruch i inne zachowania zwierząt powodują przemieszczanie się węgla wewnątrz ekosystemów i pomiędzy nimi),
• związane z odżywianiem (np. zmiany w siedliskach wynikające ze zjadania roślin, drapieżnictwo),
• „pompami składników odżywczych” (procesami powodującymi dostarczanie organizmom składników odżywczych np. azotu, umożliwiających im wiązanie węgla lub jego magazynowanie przez dłuższy czas) (Martin i in., 2021).

Żywe magazyny węgla 

Węgiel wbudowany w ciała morskich kręgowców może być w nich magazynowany przez dekady lub stulecia (np. niektóre gatunki wielorybów), czyli przez podobny okres jak w lasach gospodarczych. Jeśli populacje tych zwierząt są względnie stałe, to węgiel zgromadzony w ich biomasie można uznać za zasekwestrowany właściwie na zawsze. 

Niestety wielorybnictwo i rybołówstwo przyczyniają się do zmniejszania tego magazynu, nie tylko bezpośrednio, ale także pośrednio, np. gdy w poławianych populacjach maleje średni rozmiar dorosłych ryb (a więc i ilość zawartego w nich węgla organicznego). Szacuje się, że od 1950 r. morskie rybołówstwo poprzez samo pozyskiwanie tuńczyków, makreli, żaglicowatych, włócznikowatych i rekinów z głębokości poniżej 200 m zapobiegło sekwestracji około 0,02 Gt węgla (ok. 2,5 razy tyle, ile rocznie pochłaniają polskie lasy). Wynika to m.in. z faktu, że duże ryby po śmierci szybko opadają na dno, gdzie choć część materii organicznej z ich ciał może zostać zagrzebana w osadach, a więc „odcięta” od bieżącego cyklu węglowego. Ogólny potencjał morskich kręgowców, jeśli chodzi o sekwestrację węgla, szacuje się na 28-50 mln ton węgla rocznie, co odpowiada ok. ⅓-1/2 rocznych emisji Polski (Cavan i Hill, 2021, Martin i in., 2021).  

Rybołówstwo wraz z wielorybnictwem wywarło też wpływ na transport węgla i innych składników odżywczych pomiędzy różnymi siedliskami. Zwierzęta migrujące mogą przenosić węgiel w biomasie i poprzez odchody na ogromne odległości. Przykładem jest tzw. „wielki taśmociąg wielorybi”. Składniki odżywcze np. azot, są transportowane przez fiszbinowce w „odpadkach” takich jak mocz, łożyska czy zwłoki pomiędzy bogatymi zazwyczaj w składniki odżywcze żerowiskami (na wysokich szerokościach geograficznych) a raczej oligotroficznymi (ubogimi) obszarami rozrodu (na niskich szerokościach). Wpływa to pozytywnie na rozwój fitoplanktonu w tych ostatnich miejscach, a tym samym zwiększa wychwytywanie CO₂. 

Gdyby populacja płetwali błękitnych z Oceanu Południowego osiągnęła wielkość sprzed epoki wielorybnictwa, ten efekt pozwoliłby na sekwestrację dodatkowych 0,14 mln ton węgla rocznie. Mniej więcej tyle samo mogłoby być dodatkowo magazynowane poprzez opadające na dno oceanu zwłoki wszystkich gatunków fiszbinowców, gdyby liczebność tych ssaków osiągnęła pierwotne rozmiary. Zwierzęta morskie przemieszczają składniki odżywcze również pomiędzy różnymi głębokościami (zobacz ilustracja 2, pkt 4 i 5), co także może wspomagać wiązanie CO₂ w oceanach (zobacz: Oceany będą pochłaniały coraz mniej dwutlenku węgla) (Doughty i in., 2015).

Z oceanów na lądy

Niektórzy naukowcy wskazują, że zaburzenia obiegu węgla w środowisku morskim mogą odbijać się też na tym, co dzieje się na lądach. Morska i lądowa „pompy składników odżywczych” są bowiem powiązane poprzez migrujące ryby dwuśrodowiskowe, takie jak łososie, oraz poprzez ptaki morskie.

Działa to „odwrotnie” do kierunku spływu składników odżywczych z wietrzejących skał do rzek, oceanów i ostatecznie do osadów na dnie morskim (patrz Wolny cykl węglowy i termostat węglowy). Wieloryby przemieszczają bowiem te składniki z głębin oceanicznych w kierunku powierzchni (nawożą odchodami powierzchniowy fitoplankton), ryby dwuśrodowiskowe i ptaki – z powierzchni oceanu na ląd i do wód słodkich, a duże zwierzęta lądowe z biologicznych centrów, takich jak doliny rzeczne, dalej w głąb lądów. 

Część gatunków zwierząt „przenosi” także składniki odżywcze między różnymi ekosystemami na lądach np. łosie i niedźwiedzie między wodnymi a leśnymi, a hipopotamy z trawiastych do słodkowodnych. Rola zwierząt może być w wielu przypadkach znacząca, np. zawartość fosforu w glebach na wyspach, gdzie obecne są ptaki morskie, jest dużo większa niż na tych, gdzie ptaków nie ma, a jeden z gatunków amazońskich małp (wełniak brunatny, Lagothrix lagotricha) jest samodzielnie odpowiedzialny za większą część transportu tego pierwiastka niż jego dostawy z nawiewanym pyłem. Ogólnie jednak efektywność “recyklingu” składników odżywczych zmalała obecnie ze względu na wymieranie zwierząt do 10% jej wartości z okresu przed zagładą megafauny na przełomie plejstocenu i holocenu. Ponieważ pierwiastki takie jak fosfor są kluczowe dla rozwoju roślin, jego braki w glebie mogą odbijać się na ich wzroście a tym samym ilości pochłanianego przez nie CO₂ (Doughty i in., 2015, Malhi i in., 2015, Martin i in., 2021).

Zagrożone albatrosy i łososie
27% gatunków morskich ptaków jest sklasyfikowanych jako zagrożone, w tym 3/4 gatunków albatrosów – największych ptaków morskich. Obecna populacja ryb dwuśrodowiskowych w północno-zachodnim Pacyfiku, północno-zachodnim i północno-wschodnim Atlantyku to ok. 10% historycznej (Doughty i in., 2015).

Ryby zmniejszają zakwaszenie oceanów

Wzrost koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze poza zmianą klimatu przynosi też drugi problem: zakwaszanie oceanów (zobacz też: 20 faktów o zakwaszaniu oceanów). Ryby doskonałokostne mogą pełnić ważną rolę w ograniczaniu skutków tego zjawiska, ich odchody są bowiem źródłem węglanu wapnia (patrz Mit: Zakwaszanie oceanu nie szkodzi morskim stworzeniom). Szacuje się, że odpowiadają za około 3-15% uwalniania tego związku w oceanach. Co więcej, z fizjologii ryb wynika, że im cieplejsza woda i więcej rozpuszczonego w niej CO₂, tym więcej węglanów zawierają odchody. Niestety biorąc pod uwagę, że obecnie większość łowisk jest przełowiona lub maksymalnie wykorzystywana, ten efekt „buforowania” może być dużo niższy, niż gdyby populacje ryb były zbliżone wielkością do tych z czasów sprzed rybołówstwa przemysłowego (Martin i in., 2021). 

2. Stada antylop i nosorożce (duże zwierzęta roślinożerne w tropikach)

Podobnie jak morskie kręgowce, duże lądowe zwierzęta roślinożerne też biorą udział w krążeniu składników odżywczych. Trawienie liści i gałązek jest szybszą metodą przetwarzania materii organicznej niż rozkład przez mikroorganizmy glebowe, a składniki odżywcze zawarte w odchodach są łatwiej dostępne dla roślin. Dodatkowo zwierzęta transportują składniki odżywcze na spore odległości. Wpływają także na strukturę gleby wzruszając ją kopytami, rozgrzebując i ubijając, co ma znaczenie dla procesów w niej zachodzących ale może również zmieniać np. albedo (ilość odbijanego promieniowania słonecznego) danego obszaru. Od sposobu odżywiania różnych gatunków roślinożerców zależy, w dużej mierze, udział poszczególnych roślin w lokalnej florze oraz ilość gromadzących się martwych szczątków roślinnych (mogących być zarówno źródłem składników odżywczych, jak i paliwem dla pożarów). 

To wszystko powoduje, że zwierzęta mogą na różne sposoby modyfikować ilość węgla gromadzonego w danym ekosystemie. Na przykład na sawannach słonie niszczą młode drzewa, co zmniejsza ilość sekwestrowanego przez nie węgla, ale jednocześnie zwiększa się albedo ze względu na „rozrzedzanie” sklepienia ciemnych drzew (Cromsigt i in., 2018, Johnson i in., 2018).

Nosorożce ograniczają pożary

Aktywność różnych gatunków zwierząt inaczej kształtuje środowisko, więc im więcej ich jest, tym bardziej zróżnicowane stają się tereny przez nie zajmowane. Badania afrykańskiej sawanny pokazały na przykład, że taka „mozaika” krajobrazowa powoduje tworzenie obszarów bardziej i mniej łatwopalnych co hamuje rozprzestrzenianie ognia. 

Jakie skutki dla tych ekosystemów przynosi zmniejszanie populacji roślinożerców można było zaobserwować w latach 60. XX w. na przykładzie równiny Serengeti (Kenia/Tanzania). Populacja antylop gnu spadła wtedy gwałtownie z 1,2 mln osobników do ok. 300 000 w wyniku przeniesienia na nie choroby wirusowej bydła. To spowodowało gromadzenie się suchych, martwych traw, których było więcej, niż mogły zjeść mniejsze stada gnu i innych antylop. Dodatkowo gwałtownie wzrastająca populacja ludzi dookoła równiny zwiększała ryzyko zaprószenia ognia. W rezultacie ogromne pożary, które wtedy wybuchały, doprowadzały do wypalenia nawet 80% tego terenu, co spowodowało przekształcenie Serengeti z pochłaniacza CO₂ w jego źródło. Podobna sytuacja miała miejsce w przypadku stepów azjatyckich po tym, jak praktycznie zniknęły z nich stada zwierząt takich jak suhaki, konie Przewalskiego czy gazele (Johnson i in., 2018, Schmitz i in., 2018). 

Odtworzenie populacji gnu przyczyniło się do odwrócenia trendu w przypadku Serengeti. Według wyliczeń naukowców, każde dodatkowe 100 000 antylop gnu na równinie zwiększa magazynowanie węgla na tamtejszej sawannie o 15% (efekt znika po osiągnięciu pojemności środowiska). Gdy więc liczba zwierząt zbliżyła się do wartości historycznych, Serengeti ponownie stała się „pochłaniaczem” CO₂ i szacuje się, że obecnie gromadzi około 1- 8 milionów ton węgla rocznie, co odpowiada od 1/5 do całości emisji ze spalania paliw kopalnych Tanzanii i Kenii. 

Podobny efekt wywierają także inne gatunki zwierząt. Na sawannach szczególną rolę pełnią nosorożce, które zjadają najwyższe trawy, co ogranicza m.in. przenoszenie pożarów na drzewa. Dodatkowo powstają w ten sposób obszary pokryte niższą trawą, która jest chętniej zjadana przez antylopy. To zmniejsza tempo gromadzenia się martwych szczątków roślinnych, mogących służyć jako „paliwo” dla pożarów (Cromsigt i in., 2018, Schmitz i in., 2018).

Obserwacje prowadzone w parku Yellowstone (USA) pokazały, że na terenach zajmowanych przez jelenie (Cervus canadensis) ilość ściółki i martwej trawy stanowiła 1/6 tego, co na terenach bez jeleni. W przypadku australijskich lasów i zamieszkujących je torbaczy przekopujących ściółkę, ta redukcja wynosiła „tylko” 1/4, wystarczająco dużo jednak, by zmniejszyć wysokość płomieni o 3/4 i tempo rozprzestrzeniania pożarów o 1/3. W przypadku Afryki wzrost wielkości średniego wypalanego obszaru z powodu braku nosorożców wynikał z uruchamiania całej kaskady zależności prowadzącej do gromadzenia się większej ilości martwych szczątków roślinnych. Badania wykonane na terenie afrykańskich parków narodowych pokazały, że mógł być to 4-krotny wzrost (Imfolozi), a nawet 50-krotny (Hluhluwe). Duża różnica między parkami wynikała najprawdopodobniej z obecności innych dużych roślinożerców. 

Ponieważ ograniczanie rozległości pożarów zmniejsza:

• ilość emitowanych w ich trakcie gazów cieplarnianych i sadzy,
• wywołany nimi spadek albedo terenu,
• ich negatywny wpływ na ilość CO₂ pochłanianego przez rośliny,
• niszczenie gleby negatywnie wpływające na zawarte w niej składniki odżywcze,

to zwierzęta mogą mieć tu pewien wpływ na redukcję tempa zmiany klimatu. Dodatkowo ich obecność może łagodzić negatywne skutki pożarów dzięki np. transportowi składników odżywczych czy nasion roślin (Cromsigt i in., 2018, Johnson i in., 2018, Schmitz i in., 2018)

Na początku XX w. około 500 000 nosorożców wszystkich gatunków zamieszkiwało Afrykę i Azję. W latach 70. ta liczba spadła do ok. 70 000, a dziś jest ich w naturze około 27 000. 

Coraz mniej nosorożców
Z 5 gatunków nosorożców krytycznie zagrożony jest czarny (około 5 500 osobników), jawajski (ok. 75) i sumatrzański (mniej niż 80). Liczebność indyjskiego wzrosła z ok. 600 osobników w latach 60. do mniej więcej 3,5 tys. obecnie. Podobnym sukcesem zakończyła się ochrona nosorożca białego (obecnie ok. 18 tys. osobników). W tym ostatnim przypadku chodzi jednak tylko o podgatunek południowy, podgatunek północny jest bowiem funkcjonalnie wymarły (żyją tylko 2 samice). 

3. Tapiry, małpy i tukany (owocożercy w lasach tropikalnych)

Bioróżnorodność wpływa na zdolność lasów do wychwytywania CO₂ na wiele sposobów. Większa różnorodność roślin oznacza większą produkcję biomasy i wyższą zawartość materii organicznej w glebie. Zależy ona w dużej mierze od gatunków zwierząt zamieszkujących dany obszar m.in. ze względu na to, że uczestniczą one w zapylaniu kwiatów i roznoszeniu nasion. W tym ostatnim przypadku dotyczy to ogółem prawie 90% gatunków drzew i krzewów. Podobnie jak w zbiorowiskach trawiastych, zwierzęta przemieszczają również na duże odległości składniki odżywcze, uwalniając je do otoczenia w postaci odchodów. Przetrawione resztki są przy tym łatwiej niż martwa materia roślinna dostępne dla organizmów takich jak bezkręgowce, bakterie czy grzyby (Sobral i in., 2017, Poulsen i in., 2021). 

Mniej zwierząt = mniej dużych drzew

Szacuje się, że w nadziemnej biomasie lasów tropikalnych zgromadzone jest ok. 25% lądowego węgla a ich niszczenie przyczynia się do 7-17% globalnych emisji węgla. Poszczególne rosnące w nich gatunki drzew mają różne „potencjały sekwestracyjne” – im większa gęstość drewna (ciężar właściwy), średnica i wysokość dojrzałego drzewa, tym większa zdolność danego gatunku do magazynowania węgla. „Duże” gatunki mają też na ogół duże nasiona ukryte w smakowitych owocach, które są przystosowane do przenoszenia przez zwierzęta ukryte (Bello i in., 2015, Poorter i in., 2015, Sobral i in., 2017). 

W Amazonii większość gatunków rozmnaża się dzięki dużym owocożercom. Jeśli w lesie jest mało zwierząt, ich sukces reprodukcyjny jest niski. Jeśli więc drzewa są wycinane lub ulegają zniszczeniu w pożarze, prawdopodobieństwo, że zastąpią je kolejne, młode drzewka jest małe. Niestety wiele owocożernych gatunków południowoamerykańskich zwierząt – takich jak tukany, czubacze, muriki (gatunek największej małpy w Ameryce Południowej), tapiry – jest zagrożonych wyginięciem. Jest to o tyle niepokojące, że gatunki drzew, które się dzięki nim rozmnażają, gromadzą około 50% węgla w Amazonii (Bello i in., 2015, Sobral i in., 2017, Schmitz i in., 2018). 

Podobna sytuacja ma miejsce w lasach afrykańskich, gdzie szczególną rolę odgrywają krytycznie zagrożone słonie leśne. Zespół Fabio Berzaghiego oszacował, że ich wymarcie spowodowałoby utratę nawet ok. 7% nadziemnej biomasy lasów w centralnej Afryce, co oznacza stratę ok. 3 000 mln ton węgla. Przywrócenie zaś populacji tych słoni w dolinie Kongo do historycznego poziomu (ok. 1,1 mln osobników) pozwoliłoby zasekwestrować dodatkowo 85 mln ton węgla rocznie, co jest mniej więcej równe emisjom Francji ze spalania paliw kopalnych ( Malhi i in., 2015, Cromsigt i in., 2018, Schmitz i in., 2018,  Berzaghi i in., 2019, Poulsen i in., 2021). 

Duże zwierzęta – duże magazyny węgla 

Duże, długowieczne zwierzęta lądowe są ponadto, podobnie jak wieloryby, same w sobie „magazynem” węgla o trwałości kilku dekad. Niestety z powodu polowań, nielegalnego handlu i utraty siedlisk co roku z tropikalnych lasów świata znikają miliony zwierząt. Gdyby całkowicie wyginęły wszystkie duże zwierzęta owocożerne (obok słoni np. też tapiry) to ekosystemy te łącznie mogłyby stracić nawet ponad 10% zgromadzonego w nich węgla (w przypadku Afryki i Ameryki Pd. łącznie, oznacza to ok. 15 mld ton węgla, czyli ok. 1,5 raza tyle co roczne antropogeniczne emisje węgla), choć na pierwszy rzut oka wydawałyby się nienaruszone. Te straty narastałyby wraz z wymieraniem zwierząt i wynikającym z tego zwiększaniem obecności w lasach gatunków roślin takich jak liany czy palmy, które słabiej gromadzą węgiel niż duże drzewa o twardym drewnie. Ochrona zwierząt owocożernych może być więc jednym ze sposobów wspomagających sekwestrację węgla w ekosystemach leśnych, w dłuższej perspektywie nawet bardziej efektywnym niż po prostu sadzenie drzew (Bello i in., 2015, Osuri i in., 2016, Cromsigt i in., 2018, Schmitz i in., 2018).

Ogromne owoce
Część drzew w Ameryce Południowej ma naprawdę ogromne owoce, zbyt duże dla współcześnie żyjących owocożerców. To gatunki, których nasiona przenosiły zwierzęta takie jak ogromne naziemne leniwce (Eremotherium). Przetrwały do obecnych czasów mimo że wymarły zwierząta, które były kluczowe dla ich rozmnażania. Naukowcy spekulują, że było to możliwe dzięki przenoszeniu owoców przez wodę, gryzonie lub ludzi, jednak zarówno zasięg występowania, zagęszczenie i  zróżnicowanie genetyczne populacji tych drzew uległy dużemu  zmniejszeniu (Guimarães Jr. i in., 2008, Malhi i in., 2015). 

4. Renifery i łosie (duże zwierzęta roślinożerne północy)

W plejstocenie na terenie obecnej Syberii żyły ogromne stada roślinożerców takich jak mamuty, nosorożce włochate, żubry czy konie. Ich obecność, m.in. z powodu ich wpływu na krążenie składników odżywczych, była kluczowa dla powstania i utrzymania tzw. stepu mamuciego – rozległych, produktywnych ekosystemów trawiastych. W zimnym środowisku Syberii materia organiczna ulega rozkładowi w bardzo wolnym tempie, trawienie przez zwierzęta pozwala więc szybciej uzupełniać w glebie zasoby pierwiastków potrzebnych roślinom do wzrostu. Wymarcie syberyjskiej megafauny doprowadziło do przekształcenia tego regionu w środowisko uboższe, pokryte mokradłami i tajgą, z materią organiczną uwięzioną w dużej mierze w zmarzlinie. 

Obecność stad zwierząt ma wpływ także m.in. na albedo obszaru Syberii, magazynowanie węgla czy temperaturę gleby. Eksperymenty prowadzone w tzw. Parku Plejstoceńskim, gdzie wprowadzono dużo roślinożerców takich jak woły piżmowe czy konie jakuckie, pokazały, że zadeptywanie śniegu przez zwierzęta może prowadzić do obniżenia temperatury gleby nawet o 15-20°C, co zmniejsza tempo rozkładu szczątków znajdujących się w zmarzlinie. Pozwala to zatrzymać w glebie materię organiczną gromadzoną przez tysiące lat, podczas których dominującymi procesami na Syberii było zatapianie szczątków na obszarach podmokłych (Doughty i in., 2015, Malhi i in., 2015, Andriuzzi i Wall, 2018, Cromsigt i in., 2018).

Liściaste czy iglaste?

W tundrze, w związku z ocieplaniem klimatu, coraz częściej obserwuje się wkraczanie krzewów i drzew. Wprawdzie rośliny drzewiaste pochłaniają więcej węgla niż niskie krzewinki tundry, jednak jednocześnie są ciemniejsze, co zmniejsza albedo tych terenów (zwiększa się ilość pochłanianego przez nie promieniowania słonecznego). W ten sposób neutralizowane są klimatyczne korzyści płynące ze zwiększonego pochłaniania CO₂ przez drzewa. Zarastanie tundry jest więc przykładem dodatniego sprzężenia klimatycznego (patrz Dlaczego klimat się zmienia, czyli o wymuszeniach i sprzężeniach), nasilającego ocieplanie się klimatu. Renifery (w Ameryce Pn. zwane karibu) i woły piżmowe, które chętnie żywią się młodymi krzewami i drzewami, ograniczają ten efekt i spowalniają ocieplenie (Bakker i Svenning, 2018, Cromsigt i in., 2018)

Podobne zjawiska obserwuje się w tajdze. Na przykład łosie unikają zgryzania świerka białego, w wyniku czego tworzą się raczej rzadkie lasy świerkowe niż gęste lasy liściaste, które dominowałyby przy braku dużych roślinożerców. Wiosną, ciemniejsze tereny pokryte zwartym lasem absorbują więcej promieniowania słonecznego niż obszary, gdzie jest więcej śniegu (np. rzadki las czy otwarte przestrzenie porośnięte trawą). Obecność zwierząt także tu może mieć więc pozytywny wpływ na utrzymanie wyższego albedo i ten efekt może mieć sumarycznie większe znaczenie dla klimatu Ziemi niż ewentualne zwiększone pochłanianie CO₂ przez gęstsze lasy.

Z drugiej strony badania pokazują, że obecność łosi w tajdze może spowodować zmniejszenie nawet o połowę ilości węgla magazynowego w nadziemnej biomasie roślin. Mniejsza liczba drzew liściastych oznacza także mniej szczątków opadających na dno lasu, a tym samym mniej składników odżywczych np. azotu. Latem, na terenach otwartych bardziej też nagrzewa się gleba, co może prowadzić do zwiększonej aktywności mikroorganizmów, a tym samym większych emisji CO₂ i CH₄. W przypadku terenów pokrytych zmarzliną ma to duże znaczenie dla regionalnego „bilansu węglowego” (Malhi i in., 2015, Wilmers i Schmitz, 2016, Bakker i Svenning, 2018, Schmitz i in., 2018). 

To wszystko powoduje, że dokładne wyliczenie „klimatycznych” korzyści czy strat, które przynoszą roślinożercy na północy globu nie jest łatwe. W dużej mierze zależy ono też od wielkości populacji poszczególnych zwierząt. Dlatego istotnym elementem zapewniającym dobre funkcjonowanie ekosystemów jest obecność drapieżników.

5. Wydry, wilki i rekiny (drapieżniki)

Drapieżniki pełnią kluczową rolę w funkcjonowaniu ekosystemów zarówno lądowych jak i morskich. Ich obecność pozwala na ograniczanie populacji roślinożerców i do tego powoduje tworzenie się tzw. „krajobrazu strachu” (miejsc, których unikają roślinożercy). Dzięki temu np. lasy lepiej się odnawiają na obszarach, gdzie przebywają watahy wilków, gdyż młode drzewka są tam w mniejszym stopniu zjadane. W przypadku łosi zamieszkujących północnoamerykańską tajgę, spadek zagęszczenia ich populacji z 3 osobników na 2 km² do 1 zwiększyłby pobieranie CO₂ przez te lasy o wielkość równą mniej więcej 40% emisji Kanady ze spalania paliw kopalnych.  

Jednak w ekosystemach trawiastych drapieżniki, szczególnie w zbyt dużej liczbie, mogą wywierać negatywny wpływ na gromadzenie węgla. Jak pisaliśmy w poprzednich punktach, zwierzęta takie jak jelenie stymulują wzrost traw poprzez ich zgryzanie i dodatkowo nawożą ekosystemy trawiaste odchodami, a nadmiar drapieżników może uszczuplić ich pogłowie Kuijper i in., 2013, Wilmers i Schmitz, 2016, Andriuzzi i Wall, 2018, Cromsigt i in., 2018).

Bez rekinów nie będzie podmorskich łąk

Podobne procesy obserwuje się w ekosystemach morskich. Na przykład diugonie i żółwie morskie wpływają na wzrost morskich traw, dzięki czemu wzrasta produktywność tych zbiorowisk. Odgrywają też rolę m.in. w przenoszeniu nasion części gatunków tych roślin. Jednak zbyt duża ich liczba wynikająca z braku drapieżników (np. żarłaczy tygrysich żywiących się żółwiami), może zaburzać strukturę łąk morskich traw, zmniejszać ilość szczątków opadających na dno czy naruszać osady, a przez to zmniejszać pochłanianie węgla przez te zbiorowiska. 

Podobna sytuacja ma miejsce w lasach wodorostów. Wydry morskie i dorsze atlantyckie kontrolują w tych miejscach populacje jeżowców żerujących na wodorostach. Obliczenia przeprowadzone dla lasów wodorostów na zachodnim wybrzeżu Ameryki Północnej pokazały, że obecność wydr morskich może zwiększyć pobieranie CO₂ w tych zbiorowiskach nawet o 1100%. Przywrócenie populacji wydr do historycznych poziomów na samym tylko wąskim pasie obszaru od wyspy Vancouver do zachodniego wybrzeża Wysp Aleuckich pozwoliłoby potencjalnie zasekwestrować 6-10% rocznych emisji Kolumbii Brytyjskiej ze spalania paliw kopalnych (Wilmers i in., 2012, Schmitz i in., 2018, Martin i in., 2021). 

Glony jednokomórkowe czy wodorosty – to nie wszystko jedno

Drapieżniki mogą wywierać też jeszcze bardziej pośredni wpływ na sekwestrację. Na przykład w Bałtyku, gdy brakuje drapieżnych ryb, zakwity niektórych gatunków glonów i sinic są bardziej rozległe, co zmniejsza jakość wody i dostępność światła dla roślin morskich. 

Choć i jednokomórkowe glony i trawa morska czy wodorosty to organizmy fotosyntetyzujące (czyli pochłaniają CO₂), to różny jest los ich szczątków. Jednokomórkowe glony i sinice są rozkładane głównie przez bakterie blisko wybrzeży, natomiast resztki dużych roślin częściej opadają głębiej, gdzie mogą zostać zakopane w osadach. Ten proces jest odpowiednikiem sekwestracji w glebach na lądach, pozwala więc wycofywać część węgla z atmosfery na dekady czy dłużej (zobacz też: Glebowe magazyny węgla – jak je chronić przed erozją?). Gdy więc zakwity glonów zmniejszają ilość światła docierającego do wodorostów czy traw morskich, to te słabiej rosną, a tym samym mniej szczątków trafi do osadów (Schmitz i in., 2018). 

Drapieżniki a słone mokradła

Podobne, skomplikowane zależności można odnotować w zbiornikach słodkowodnych, a także namorzynach, słonych bagnach czy rafach koralowych. Obserwacje prowadzone w Cape Cod (stan Massachusetts, USA) pokazały, że przełowienie drapieżnych gatunków ryb czy krabów może powodować nadmierny rozwój roślinożerców takich jak ślimaki, co prowadzi do niszczenia dużych fragmentów mokradeł i w rezultacie do erozji wybrzeża oraz wymywania odsłoniętych osadów. Powoduje to utratę węgla gromadzonego przez te ekosystemy przez setki lat a także utratę możliwości pobierania CO₂ w przyszłości. 

Ponieważ ekosystemy na wybrzeżach, takie jak słone mokradła, namorzyny i łąki traw morskich oraz szelfy kontynentalne, są jednymi z najważniejszych pochłaniaczy węgla na świecie, mogącymi gromadzić węgiel 40 razy szybciej od lasów tropikalnych, wszelkie procesy w nich zachodzące mogą wpływać na globalny cykl węglowy (Wilmers i in., 2012,  Martin i in., 2021).

Bez dzikich zwierząt nie damy rady

To, ile węgla netto zostanie pobrane i zgromadzone w danym ekosystemie zależy od tempa fotosyntezy, strat w wyniku oddychania roślin i mikroorganizmów a także ilości materii organicznej odkładanej w glebie i osadach. Dzikie zwierzęta odgrywają ważną rolę w tych wszystkich procesach m.in. tworząc dzięki przemieszczaniu się pewną przestrzenną dynamikę. Z tego względu część naukowców proponuje, by zwiększanie populacji różnych gatunków zwierząt stało się działaniem uwzględnianym w planach mitygacji (ograniczania) zmiany klimatu (Bakker i Svenning, 2018, Cromsigt i in., 2018, Schmitz i in., 2018). 

Jak wskazuje Oswald Schmitz, z Yale School for the Environment, 

Odtwarzanie, wypuszczanie na wolność i ochrona funkcji jaką pełnią gatunki kręgowców i bezkręgowców może być tym, co  wpłynie na sytuację [klimatyczną] poprzez zwiększenie poboru węgla o 1,5-12,5 raza (a w niektórych przypadkach więcej) w ekosystemach lądowych, słodkowodnych i morskich na świecie. 

Szczególnie ważne może być przywracanie dużych gatunków roślinożernych nie będących przeżuwaczami, takich jak nosorożce. Są one obecnie krytycznie zagrożone, podobnie jak inne duże nie-przeżuwacze np. afrykański osioł nubijski czy azjatyckie baktriany, konie Przewalskiego i kulany. W pewnym stopniu mogłyby je zastąpić duże stada mniejszych, migrujących roślinożerców, jednak zjawisko takich migracji staje się coraz rzadsze (Cromsigt i in., 2018).

Zwiększanie wielkości populacji dzikich zwierząt nie jest na pewno czymś, co samodzielnie jest w stanie ograniczyć zmianę klimatu, ani głównym rozwiązaniem problemu antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych. Może  jednak być elementem strategii mitygacyjnych, szczególnie, że badania naukowe wskazują, że programy zmniejszające presję na dzikie zwierzęta czy chroniące je mogą być równie skuteczne jako działania równoważące emisje gazów cieplarnianych, jak programy sadzenia drzew typu REDD+ (Bakker i Svenning, 2018, Cromsigt i in., 2018). 

Ostateczny wpływ obecności zwierząt na gromadzenie węgla jest zależny od wielu czynników i poszczególne efekty mogą wydawać się stosunkowo niewielkie. Każdy dodatkowy zasekwestrowany milion ton węgla przyczynia się jednak do opóźniania momentu przekroczenia progu 2^oC globalnego ocieplenia. Biorąc pod uwagę obecną sytuację klimatyczną, nie należy odrzucać żadnych rozwiązań. Szczególnie, że odtworzenie populacji dzikich zwierząt jest metodą stosunkowo tanią i przynoszącą szereg dodatkowych korzyści np. poprawę innych niż sekwestracja węgla usług ekosystemowych. 

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: dr hab. Barbara Pietrzak

Jak można zarabiać na ochronie dużych roślinożerców [ang.]: przeczytaj tutaj. 

The post 5 przykładów tego, jak wymieranie zwierząt dokłada się do ocieplania Ziemi appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Zwierzęta są zdecydowanie bardziej mobilne niż rośliny (o których pisałem w moim poprzednim artykule), dzięki czemu łatwiej im unikać niekorzystnych warunków klimatycznych. Mimo to, wpływ globalnego ocieplenia na ich los jest również ogromny. To właśnie zmiany klimatu stają się wiodącym czynnikiem decydującym o współczesnej egzystencji, a także przyszłości większości gatunków zwierząt na Ziemi. Jeszcze w 2016 r. Maxwell i współautorzy sytuowali je na siódmym miejscu wśród głównych przyczyn współczesnego wymierania, jednak już w 2019 r. Międzyrządowa Platforma ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych (IPBES) umieściła je na trzecim miejscu wśród kluczowych czynników doprowadzających do wymierania. Wygranych w świecie zwierząt wobec rosnącej globalnej temperatury będzie niestety niewiele.

Niedźwiedź polarny – pierwszy gatunek uznany za zagrożony wskutek ocieplenia klimatu

Gdy zastanawiamy się nad gatunkami zwierząt najbardziej narażonymi na zmiany klimatu, jako pierwszy przychodzi nam na myśl niedźwiedź polarny (Ursus maritimus). I rzeczywiście dostąpił on wątpliwego zaszczytu zostania pierwszym gatunkiem uznanym za zagrożony wskutek ocieplenia klimatu. W „Czerwonej księdze gatunków zagrożonych” z 2015 roku niedźwiedzie polarne zostały zaklasyfikowane jako gatunek narażony. Oznacza to, że istnieje poważne ryzyko ich rychłego zniknięcia z powierzchni Ziemi. 

Podstawowym środowiskiem życia niedźwiedzi polarnych jest lód unoszący się na powierzchni oceanu. Potrzebują go zimą, jak i wiosną, by polować na foki. To właśnie ten pokarm dostarcza im niezbędną ilość tłuszczów i innych składników odżywczych, niezbędnych w surowym arktycznym środowisku. Na ofiary czyhają na lodzie, wypatrując ich przy otworach, gdzie foki zaczerpują powietrze do nurkowania.

Gdy lód zaczyna pojawiać się później i cofać wcześniej, sezon polowań skraca się i zwierzęta muszą dłużej obejść się bez jedzenia. Topnienie lodu w Arktyce sprawia, że foki mają coraz mniejszy udział w ich diecie. Wpływa to na zdrowie niedźwiedzi, waga ich ciała obniża się (Obbard i in., 2016). Badania potwierdzają, że proces przyspieszonego topnienia lodów na wiosnę i spowolnionego przyrostu w okresie zimowym obejmuje rejony zamieszkiwane przez wszystkie dziewiętnaście populacji niedźwiedzi polarnych. Lód morski okazuje się być tak naprawdę platformą do życia dla niedźwiedzi (Stern i Laidre, 2016). Niestety temperatury w Arktyce rosną co najmniej dwukrotnie szybciej niż globalna średnia. Ostatnie dziesięciolecia w tym regionie były najcieplejsze od 2000 lat.

Niedźwiedź polarny jest tylko jednym z bardzo wielu gatunków, których los jest przesądzony, jeżeli nie zmienimy sposobu naszego funkcjonowania na Ziemi, nie zaprzestaniemy spalania paliw kopalnych i nie dokonamy wielu innych fundamentalnych zmian w naszym życiu. 

Przyszłość kręgowców: Polska, Europa, świat 

Przyszłość kręgowców w głównej mierze zależy od kroków, jakie podejmiemy w najbliższej przyszłości. Kontynuacja modelu business as usual i rosnące emisje gazów cieplarnianych oznaczają wymarcie połowy gatunków na Ziemi. Jak pisałem w poprzednim artykule, realizacja postanowień paryskich i ograniczenie wzrostu temperatury do 2°C oznaczać będzie zmniejszenie różnorodności gatunkowej o 25% (Warren i in., 2018). 

Każdy zaprezentowany dotychczas scenariusz pokazujący reakcję kręgowców na zmianę klimatu jest pesymistyczny. Jest to tym bardziej niepokojące, że zmiana klimatu dopiero nabiera tempa. Chris Thomas z University of Leeds i współautorzy przedstawili w Nature w 2004 roku prognozę dotyczącą bioróżnorodności dla różnych scenariuszy klimatycznych na obszarze obejmującym 20% powierzchni Ziemi. Zdaniem autorów 15, 24 lub 37% gatunków zwierząt i roślin będzie skazanych na wyginięcie do 2050 roku z powodu globalnej zmiany klimatu. Szacunki te wskazują, jak duże znaczenie dla bioróżnorodności będzie miało szybkie wdrożenie technologii skutkujących zmniejszeniem emisji gazów cieplarnianych czy też zastosowanie sekwestracji dwutlenku węgla (Thomas i in., 2004). W nowszej pracy, Foden i współautorzy oceniali konsekwencje zmian klimatycznych dla 16 787 gatunków. Według nich wzrost temperatury o około 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej narazi na wyginięcie 7 tysięcy gatunków, pośród których 24 do 50% to ptaki, 22-44% płazy i 15-32% koralowce (Foden i in., 2013).

W 2013 roku zbadano ryzyko narażenia na ekstremalne warunki klimatyczne w Europie. W sumie symulowano zachowanie dla 1149 gatunków (104 gatunków płazów, 248 gadów, 288 ssaków i 509 ptaków lęgowych), przy zastosowaniu czterech różnych modeli i dla trzech scenariuszy emisji. Wyniki pokazały, że negatywny wpływ zmiany klimatu na główne obszary bioróżnorodności kręgowców lądowych w Europie jest wielce prawdopodobny. Szczególnie zagrożony jest basen Morza Śródziemnego – patrz il. 3 (Maiorano i in., 2013). Inne badania oparte na modelowaniu wpływu zmian klimatu dla 120 rodzimych europejskich ssaków lądowych w dwóch scenariuszach klimatycznych wykazało, że 1% lub 5,9% europejskich ssaków grozi wyginięcie (Levinsky i in., 2007).

Winter i in. (2016), w swoim kompleksowym badaniu dotyczącym występowania płazów i gadów wykazali, że 20 z 21 płazów i cztery z pięciu gatunków gadów ocenianych w Europie doświadczyło już skutków zmiany klimatu. Efekty te były negatywne: zaobserwowano spadki liczebności populacji, zmniejszenie przydatności siedlisk oraz zmniejszenie przeżywalności i wielkości zasięgu. Ograniczona zdolność rozprzestrzeniania się wielu gadów i płazów, w połączeniu z fragmentacją sieci ekologicznych, prawdopodobnie zmniejszy zasięg wielu gatunków w Europie (Araújo i in., 2006).

Badacze kreślą także przyszłość dla kręgowców w Polsce. W szerokim opracowaniu pt. „Ocena wpływu zmian klimatu na różnorodność biologiczną …”, gdzie analizie poddano gatunki i siedliska chronione w Polsce, autorzy wymieniają szereg gatunków kręgowców. Spośród ssaków za najbardziej zagrożone w wyniku przewidywanych zmian klimatu uznano susła perełkowanego (Spermophilus suslicus), susła moręgowanego (Spermophilus citellus) oraz smużkę stepową (Sicista subtilis). Największym zagrożeniem są dla nich skrajne stany pogodowe – długotrwałe upały jak i powtarzające się ulewne deszcze. Niekorzystne mogą być także ciepłe zimy.

Do gatunków zagrożonych zaliczono również fokę szarą (Halichoerus grypus), której rozród jest uzależniony od obecności pokrywy lodowej na morskich brzegach. Spośród gadów za gatunek wysoce wrażliwy na zmiany klimatu uznano żółwia błotnego (Emys orbicularis) z racji utraty dogodnych mokradłowych siedlisk spowodowanej długotrwałymi okresami upalnej bezdeszczowej pogody. W opracowaniu autorzy wymieniają cztery gatunki minogów: rzeczny (Lampetra fluviatilis), strumieniowy (Lampetra planeri), morski (Petromyzon marinus) i ukraiński (Eudontomyzon spp.). W wypadku tych gatunków kluczowe może być zwiększenie odpływu rzecznego podczas niżówek spowodowane długimi okresami bezdeszczowymi. Wówczas wypłycona woda ulega szybkiemu ogrzaniu i odtlenieniu, co może okazać się dla tych gatunków zgubne.

Ptaki – pionierskie wskaźniki zmiany klimatu

Jeszcze do niedawna ornitolodzy jako dwa kluczowe czynniki stanowiące zagrożenie dla ptaków postrzegali niszczenia siedlisk i prześladowania bezpośrednie, np. ze strony myśliwych czy kłusowników. To one stanowiły podstawę dla opracowania działań ochronnych. Przemysław Chylarecki, ekspert naukowy Monitoringu Pospolitych Ptaków Lęgowych zwraca uwagę, że 

Teraz okazuje się, że trzecim czynnikiem wpływającym na ptasie populacje są zmiany klimatyczne. Dotychczas nie były one uwzględniane w regulacjach związanych z ochroną. Bez prób wpływania na ten globalny czynnik, jakim są zmiany klimatu, wiele działań związanych z ochroną gatunków czy siedlisk może się okazać nieskutecznych (Ślązak, 2015). 

Na temat reakcji ptaków na zmiany klimatyczne wiadomo więcej niż w przypadku każdej innej grupy zwierząt, głównie w wyniku wielu analiz dotyczących gatunków i lokalizacji. Ważnym jest udział ogromnej rzeszy wysoko wykwalifikowanych wolontariuszy, który pozwala na zebranie bezcennych danych wspomagających odkrycia naukowe. Ptaki z uwagi na fakt, że są niezwykle wrażliwe na klimat i pogodę, są pionierskimi wskaźnikami zmiany klimatu (Berthold i in., 2004). 

Zmiana klimatu już obecnie wpływa zauważalnie na zachowanie, zasięg występowania oraz dynamikę populacji wielu gatunków ptaków. W dużym opracowaniu, zawierającym przegląd ponad 200 publikacji naukowych, przygotowanym na zlecenie WWF, autorzy konkludują, że w przyszłości zmiana klimatu związana ze wzrostem stężenia gazów cieplarnianych spowoduje narażenie na wymarcie od 2 do 72% gatunków ptaków w zależności od regionu, realizowanego scenariusza zmian klimatycznych i możliwości zasiedlania przez poszczególne gatunki ptaków nowych środowisk (Wormworth i Mallon, 2006). W Europie, w tym i w Polsce, ocenia się, że liczba gatunków może zmniejszyć się aż o 40% przy założeniu globalnego ocieplenia o 2,5°C (Jørgensen i in., 2016). 

Wpływ zmian klimatu jest bez wątpienia zróżnicowany w przypadku różnych grup ptaków. Według badań, w których wykorzystano dane zebrane przez dziesiątki tysięcy wolontariuszy z 18 europejskich krajów, populacje gatunków osiadłych, takich jak takich jak pełzacz ogrodowy (Certhia brachydactyla) lub sierpówka (Streptopelia decaocto), zwiększają liczebność dzięki cieplejszym zimom. Ptaki zamieszkujące chłodniejsze rejony Europy (jak osiadły wróbel czy wrona) mogą jednak na nich tracić. Podobnie krótkodystansowi migranci, np. świergotek łąkowy (Anthus pratensis) i czeczotka (Acanthis flammea). Gatunki te stają się coraz mniej liczne przy obecnych warunkach klimatycznych (Jørgensen i in., 2016). 

Za gatunki szczególnie narażone na zmianę klimatu uważani są migranci długodystansowi, doświadczający skutków ocieplenia w wielu miejscach wzdłuż tras swych wędrówek. Już teraz obserwuje się spadek liczebności takich gatunków w Europie i Ameryce Północnej, gdyż zmiany w kalendarzu migracji powodują, że są one narażone na niedobory pokarmu na poszczególnych odcinkach przebywanych przez nie tras, czego nie potrafią przewidzieć. Niektóre gatunki w Europie należące do grupy typowych migrantów w ogóle zaprzestały wędrówek (Wormworth i Mallon, 2006). Skorzystać na cieplejszym lecie w Europie mogą ptaki przybywające do Europy z odległych zimowisk (pojawiające się w późniejszych miesiącach sezonu lęgowego – takie jak białorzytka – Oenanthe oenanthe i pleszka – Phoenicurus phoenicurus). Jednak one wyraźnie zależą od zmian warunków klimatycznych, jakie zastaną na swoich zimowiskach w Afryce (Jørgensen i in., 2016). 

O wpływie zmiany klimatu na życie ptaków przeczytacie też w artykule Jaki klimat dla ptaków?

Zmiany w fenologii kręgowców jako efekt rosnącej temperatury

Zmiany klimatyczne spowodowały zmiany w fenologii wielu gatunków kręgowców, szybciej odbywa się tarło żab, ptaki szybciej gniazdują, wcześniej pojawiają się ptaki migrujące. Przewiduje się, że te tendencje będą kontynuowane. Populacje mogą gwałtownie zwiększyć liczebność, jeśli młode osobniki nie są narażone na presję ze strony drapieżników. I odwrotnie, populacje mogą wyginąć, jeśli pojawienie się wrażliwych młodych osobników nie jest zsynchronizowane z pojawieniem się ich głównego źródła pożywienia. Krótszy okres hibernacji prowadzi do spadku kondycji organizmów zimujących. Wzrost temperatury w wodach śródlądowych ma istotny wpływ na funkcjonujące w nich ekosystemy. Efektem tego jest nie tylko pogorszenie stanu wody (w efekcie m.in. wzmożonych zakwitów glonów), czy pojawienie się gatunków inwazyjnych , ale także zmiany w fenologii i w rozmieszczeniu gatunków (Climate change impacts and vulnerability in Europe 2016).

Obserwuje się dwa główne typy reakcji poszczególnych gatunków ptaków na zmianę klimatu: zmiany zasięgów występowania oraz zmiany w fenologii (przesunięcia w czasie poszczególnych etapów ich cyklu życiowego). W odpowiedzi na ocieplanie się klimatu wiele gatunków ptaków wiosną przybywa wcześniej na tereny lęgowe i wcześniej składa jaja (Dunn i Winkler, 1999). Analiza wyników 64 badań nad różnymi grupami wykazała, że u ptaków wiosenne, związane z rozrodem, typy zachowania ulegały w ostatnich latach przyspieszaniu, w tempie średnio 6,6 dni na dekadę. To z kolei powoduje, że kluczowe wydarzenia z ich cyklu życiowego przestają być zsynchronizowane z etapami rozwojowymi roślin i owadów, z którymi w różny sposób są one ewolucyjnie powiązane (Wormworth i Mallon, 2006).

Wzrost znaczenia gatunków obcych i inwazyjnych w coraz cieplejszym świecie

Jako efekt globalnego ocieplenia warunki klimatyczne w wielu częściach świata ulegają zmianie i mogą one stać się bardziej korzystne dla osiedlenia się i przetrwania obcych gatunków. Rodzime gatunki, zgrupowania i ekosystemy stają się bardziej narażonymi. Jedną z poważnych konsekwencji zmiany klimatu będzie wzrost liczby inwazyjnych gatunków obcych (Capdevila-Arguelles i Zilletti, 2008). 

Gatunki obce i inwazyjne uważane są powszechnie za jedno z największych zagrożeń dla bioróżnorodności w skali globalnej. Wywierają także wpływ na gospodarkę, mogąc doprowadzić do zmniejszenia plonów w sektorze rolnym, rybołówstwie, czy gospodarce leśnej. Ich liczba stale rośnie, trudno znaleźć ekosystem pozbawiony obecności gatunków obcych. Europejski wykaz inwazyjnych gatunków obcych (DAISIE) wymienia 12 115 gatunki nierodzime występujące w Europie. Choć nie wszystkie są inwazyjne, szacuje się, że około 10-15% stanowi potencjalne niebezpieczeństwo dla różnorodności biologicznej. Obecnie całkowita liczba gatunków obcych roślin, zwierząt i grzybów w Polsce, według bazy danych Instytutu Ochrony Przyrody PAN w Krakowie, wynosi 1785 (Gatunki obce w Polsce).

W dokumencie „Polityka ekologiczna państwa 2030” mowa jest o wpływie zmiany klimatu na zasięg występowania gatunków, w tym obcych gatunków inwazyjnych, ich cykle rozrodcze, okresy wegetacji i interakcje ze środowiskiem. Naturalną konsekwencją obserwowanych zmian zasięgów jest pojawianie się w naszym kraju nowych, południowych gatunków. Do Polski spodziewana jest migracja gatunków, w tym obcych inwazyjnych, głównie z Europy Południowej, Afryki Północnej, Azji. Do tej pory te gatunki wprowadzone do środowiska, w klimacie umiarkowanym nie były w stanie przetrwać lub utworzyć stabilnej populacji. Teraz jednak coraz cieplejsze i krótsze zimy umożliwiają przetrwanie wielu osobników do kolejnego sezonu rozrodczego, a wyższe temperatury latem pozwalają na odchowanie potomstwa zwierząt zmiennocieplnych czy inkubację jaj ptaków i gadów. Ich pojawienie się oznacza że rodzime gatunków roślin i zwierząt mogą zostać w ciągu najbliższych dziesięcioleci wyparte.

W Europie i Polsce w ostatnich latach coraz częściej obserwujemy przybyszów, których inwazje można wiązać z ocieplaniem klimatu, a czasem dodatkowo z naszym nieodpowiedzialnym postępowaniem. Spektakularnym przykładem jest aleksandretta obrożna (Psittacula krameri), gatunek papugi, zamieszkujący środkową Afrykę i Półwysep Indyjski z Cejlonem. Został on introdukowany do Ameryki Północnej, na Bliski i Daleki Wschód, a do Europy masowo sprowadzany jest jako zwierzę domowe. Papugi nie mogą przetrwać w klimacie umiarkowanym, ale ekspansywna aleksandretta świetnie przystosowała się do chłodniejszego klimatu, jest w stanie wyprowadzić lęgi i przetrwać miesiące zimowe.

Badania dowodzą, że przy dużej liczebności aleksandretty obrożne negatywnie wpływają zarówno na rodzime gatunki jak i na lokalną gospodarkę. Zajmują np. dziuple wcześniej niż rodzime dzięcioły oraz kowaliki (Strubbe i in., 2010). W Europie odnotowano już obecność 90 populacji o liczebności około 85 tysięcy osobników (Pârâu i in., 2016). W maju 2018 roku udokumentowano pierwszy przypadek lęgu aleksandretty obrożnej w Polsce. W Nysie już od 2015 roku obserwowano kilka osobników, a teraz potwierdzono ich gniazdowanie (Gatunki obce w Polsce). 

Szakal złocisty (Canis aureus) jest uznawany za gatunek rodzimy w pasie od Bałkanów po Indochiny, obejmując Bliski Wschód. Europejska populacja przez długi czas ograniczona była do południowo-wschodnich krańców kontynentu. W drugiej połowie XX wieku rozpoczęła się ekspansja tego gatunku w kierunku północnym i zachodnim. Wiosną 2015 roku dokonano pierwszych udokumentowanych zdjęciami obserwacji tego gatunku w naszym kraju. Miały ona miejsce w dolinie Biebrzy oraz w pobliżu Białej Podlaskiej (Gatunki obce w Polsce). Mimo że nie ma powszechnie przyjętego wyjaśnienia ekspansywności populacji szakala w Europie, przyjmuje się, że wpływ na nią ma zmiana klimatu i zmiana użytkowania terenu (Trouwborst i in., 2015). 

Żółw czerwonolicy (Trachemys scripta elegans) to gatunek masowo rozmnażany początkowo w fermach hodowlanych w USA, a następnie w innych rejonach świata. W Polsce na wolności pojawił się około 1996 roku. Pojedyncze osobniki lub niewielkie grupy żółwi stwierdzane są na terenie niemal całego kraju. Żółwie silnie zmieniają ekosystemy wodne z powodu swojej żarłoczności i skażenia wody odchodami. Ponadto mogą konkurować z europejskim żółwiem błotnym o terytorium (Gatunki obce w Polsce). Żółwie ozdobne są gatunkiem, który korzysta na ociepleniu klimatu, zaczęły się już z sukcesem rozmnażać na południu Europy, kwestią czasu jest, aż zaczną odnosić sukces rozrodczy także w naszym kraju.

Zmiany klimatu w połączeniu z gatunkami inwazyjnymi to dzisiaj dwa największe zagrożenia dla przyrody, określone w raporcie „Invasive Species, Climate Change and Ecosystem-based Adaptation: Adressing Multiple Drivers of Global Change” jako „zabójczy duet” (Burgiel i Muir, 2010). 

Zwierzęta morskie bardziej podatne na ocieplenie niż lądowe

Zrozumienie, które gatunki i ekosystemy będą najbardziej dotknięte ociepleniem w miarę postępu zmiany klimatu, jest ważne dla kierowania ochroną i zarządzaniem ekosystemami. Ocieplenie bez wątpienia wpływa zarówno na faunę morską, jak i lądową, ale do niedawna brakowało jednoznacznego porównania wrażliwości fizjologicznej między zwierzętami zamieszkującymi morza i lądy. 

W maju 2019 w Nature zespół naukowców pod kierunkiem Malina Pinskiego z Uniwersytetu Rutgers-New Brunswick w Stanach Zjednoczonych, przyjrzał się wrażliwości zimnokrwistych gatunków morskich i lądowych na globalne ocieplenie. Naukowcy przeanalizowali 88 gatunków morskich i 294 gatunków lądowych z całego świata w celu obliczenia „bezpiecznych” warunków dla każdego gatunku. Określili także najniższe temperatury, na jakie narażone są gatunki w najgorętszych okresach roku. Przeanalizowali ponadto zdolność każdego gatunku do przetrwania upału, dzięki szukaniu schronienia w jego typowym środowisku. Odkryli, że gatunki morskie są bardziej narażone na temperatury zbliżające się do ich górnych granic tolerancji. Wiele zwierząt lądowych potrafi uciec przed upałem, chroniąc się w glebie lub szukając schronienia m.in. w lesie lub innych zacienionych miejscach. Gatunki morskie wydają się pozbawione takiej możliwości (Pinski i in., 2019).

Okazuje się, że na całym świecie gatunki morskie są dwa razy częściej eliminowane ze swoich siedlisk w efekcie rosnącej globalnej temperatury niż gatunki lądowe. W efekcie wyginięcia wielu populacji gatunków w oceanach spada znacząco różnorodność genetyczna tych gatunków. To może wywołać kaskadę zmian w interakcjach pomiędzy drapieżnikami i ich ofiarami, doprowadzając do zmian w ekosystemach morskich na ogromną skalę. Wysoka podatność życia morskiego na globalne ocieplenie może mieć znaczący wpływ na dostawy żywności i ekonomię społeczeństw uzależnionych od owoców morza (Pinski i in., 2019). 

Dla zwierząt kręgowych zmiana klimatu staje się powoli głównym czynnikiem, który może doprowadzić do ekstynkcji wielu ich przedstawicieli. Gwałtowne tempo obserwowanych zmian w środowisku dla większości gatunków może okazać się zabójcze. Tylko część z nich zapewne będzie w stanie przetrwać. Dla wielu kręgowców wyścig z postępującymi zmianami klimatu może okazać się niemożliwy do wygrania. 

Prof. dr hab. Piotr Skubała – reprezentant ssaków łożyskowych, jeden z milionów gatunków zamieszkujących Ziemię, który ma ogromne szczęście być profesorem nauk biologicznych zatrudnionym na Uniwersytecie Śląskim, ekologiem, akarologiem, etykiem środowiskowym, edukatorem ekologicznym, aktywistą klimatycznym.

The post Kręgowce i zmiana klimatu – wyścig niemożliwy do wygrania appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.