Nauka na UMCS

Na pewno czekają nas duże zmiany warunków środowiskowych oraz składu fauny i flory. Ukazują to m.in. prace prowadzone w naszym Instytucie. Ocieplenie klimatu warunkuje pojawianie się nowych gatunków zwierząt i roślin, a także zmianę ich warunków życia. Tego typu oddziaływania możemy zaobserwować m.in. na podstawie rozmieszczania się owadów, które zmieniły swoje zasięgi w kierunku północnym – jak ważek, prostoskrzydłych, motyli. Niektóre gatunki ważek, jak np. lecicha białoznaczna (Orthetrum albistylum) czy żagnica południowa (Aeshna affinis), jeszcze stosunkowo niedawno rozwijały się najdalej na północ na Węgrzech czy w Czechach i Słowacji, a w Polsce pojawiały się bardzo sporadycznie. Dziś te ważki występują niemal w całej Polsce – przeżywają zimy nawet na Suwalszczyźnie, Mazurach, Kaszubach czy Pomorzu, a fala migrujących osobników z bardzo okresowym zimowaniem w cieplejsze lata, objęła już w tej chwili Litwę, Łotwę czy Estonię, a nawet południową Finlandię.

Na pograniczu klimatologii, rolnictwa i ekologii funkcjonuje teoria równowagi wody i temperatury. Każde życie, aby mogło się rozwijać, potrzebuje odpowiedniej temperatury. Jednak im wyższa temperatura, tym większe parowanie wody, więc w regionach bardzo ciepłych jest jej często mało – za mało, jak na potrzeby organizmów żywych. My akurat żyjemy w obszarze klimatu umiarkowanego, mamy zatem wystarczająco dużo ciepła i wody. Rozmieszczenie się ważek na świecie jest świetnym wskaźnikiem procesów zmian klimatu. Według przeprowadzonych analiz to właśnie w naszej strefie występuje najwięcej gatunków ważek w przeliczeniu na kwadrat na 50x50 km. Ujmując to w pewnym uogólnieniu: dalej na północ jest dużo wód powierzchniowych, ale jest też chłodniej – a na południe, jest cieplej, ale jest mniej wody.

Ocieplanie się wód i jego wpływ na rozwój nowych gatunków organizmów

Tzw. globalną zmianę klimatu łączymy przede wszystkim z coraz wyższą temperaturą. Od czasu, kiedy wprowadzono systematyczne pomiary temperatury, szacuje się, że w skali całego globu temperatura wzrosła prawie o dwa stopnie (na Lubelszczyźnie ten wzrost wynosi mniej więcej 1,7-1,8°C). Wbrew pozorom to bardzo dużo. Oczywiście różnicuje się to w zależności od pór roku – obserwujemy przede wszystkim bardzo ciepłe lata i zimy. Wzrost temperatur powietrza w zimie wpływa na rozwój populacji wielu gatunków roślin ciepłolubnych i zwierząt, także tych, które nie mogą przeżyć zamarznięcia. Jest to dobrze zbadane na przykładzie owadów wodnych. Dawniej zamarzanie do dna zbiorników wody bieżącej, np. drobnych strumieni, skutkowało wyginięciem żyjących w nim larw ważek. Dziś obserwujemy coraz więcej stanowisk, w których woda nie zamarza, przez co larwy mogą przeżyć przy dnie. Wynika to z faktu, że woda zmienia gęstość wraz z temperaturą, a najgęstsza jest przy ok. 4°C. Nazywamy to zjawisko „anomalią gęstościową wody”. Woda najgęstsza zalega przy dnie i ta płynna warstwa zamarza jako ostatnia. Ma to ogromne znaczenie dla przeżycia organizmów wodnych.

Nasilenie zjawisk pogodowych

Ocieplenie klimatu łączy się także z częstotliwością opadów. W miesiącach letnich obserwujemy opady bardziej gwałtowne, zaś w zimowych bardziej skąpe, co nie oznacza wcale, że w skali roku jest ich mniej. Szczegółowe analizy w ostatnich latach wskazują na utrzymującą się ich ilość, jednak dawniej rozkładały się one w sposób bardziej równomierny. Wraz z ociepleniem klimatu zmienia się w naszych wodach tzw. reżim hydrologiczny. Jeśli w zimie jest mniej śniegu, to na wiosnę jest mniej wody, a to z kolei sprawia, że coraz szybciej zaczynają zanikać drobne zbiorniki wodne czy torfowiska korzystające z wody roztopowej. Dziś mamy większą temperaturę powietrza i silniejszą insolację, czyli nasłonecznienie, co powoduje szybsze wchłanianie i wysychanie wielu siedlisk, które dotychczas były podmokłe.

Mechanizm sprzężenia zwrotnego i uwalnianie biogenów

Ocieplenie klimatu uruchamia wiele procesów działających na zasadzie sprzężenia zwrotnego, tak jest np. z uwalnianiem związków biogennych i węgla magazynowanego w torfowiskach. Wysoka zawartość dwutlenku węgla w atmosferze powoduje efekt cieplarniany. To podwyższenie temperatury nasila parowanie wody z torfowisk, które nagromadziły ogromne ilości węgla (ich podłoże to niemal czysta materia organiczna, której rozkład jest jednak zastopowany). Wyschnięty torf zaczyna się rozkładać w warunkach dostępu powietrza, wskutek czego do atmosfery uwalniane są duże ilości dwutlenku węgla. Ten dwutlenek może nasilać efekt cieplarniany – i tak dalej…

Co ważne, przesuszone torfowiska uwalniają też duże ilości związków biogennych. W warunkach odpowiedniego uwodnienia są one zatrzymywane w torfie na zasadzie procesów fizycznych. Powstają też podczas rozkładu torfu. Użyźnienie wód przyśpiesza rozwój glonów, któremu bardzo sprzyja też ocieplenie klimatu. Przyjmuje się, że mniej więcej co 10°C procesy biologiczne, oparte o mechanizmy enzymatyczne, przyspieszają dwukrotnie – aż do wartości temperatur denaturację białek kluczowych dla tych procesów (40-50°C). Zatem glony dzięki zwyżce biogenów mogą szybciej rozwijać się w wodzie, bo podwyższona temperatura i insolacja przyspieszają procesy biologiczne. To podobny mechanizm, jaki możemy uzyskać przy hodowli bakterii na szalce Petriego – drobnoustroje rozwijają się do momentu, w którym mają pokarm. Przy masowym rozwoju związki biogenne ulegają wyczerpaniu, w środowisku pojawiają się toksyczne metabolity wtórne, w efekcie czego glony obumierają i opadają na dno, gdzie następuje ich rozkład. Tempo powstawania osadów dennych rośnie, więc zbiornik staje się płytszy. W płytszym zbiorniku woda szybciej się nagrzewa i osiąga wyższe temperatury – i tak dalej…

Odwodnienia i susze hydrologiczne

Klimat to zjawisko wielkoskalowe i postępujące, z kolei pogoda to chwilowy stan atmosfery w danym miejscu. Niezależnie od fluktuacji, klimat się ociepla od około 40 lat. Tegoroczny czerwiec był najcieplejszy w historii pomiarów: średnia temperatura powietrza osiągnęła 17,02°C w skali globu, wliczając Antarktydę i Arktykę. Jeśli dziś nie zaczniemy przeciwdziałać temu zjawisku, to raczej nie unikniemy katastrofy globalnej. Co zatem możemy zrobić? Należy oczywiście redukować emisję gazów cieplarnianych, co jest zadaniem dla polityki w skali światowej. W naszej mniejszej skali możemy ograniczać skutki, a przede wszystkim powinniśmy przeciwdziałać suszom. Warto zatrzymywać wodę, bo ona stwarza odpowiedni mikroklimat, nawadnia tereny, na których magazynowany jest dwutlenek węgla, dzięki czemu nie nasilamy ocieplenia klimatu. Drastyczne odwodnienia powodują m.in. przesuszanie torfowisk, z których uwalniany jest dwutlenek węgla. Meliorowanie rzek, wycinanie drzew nad wodą, faszynowanie brzegów czy betonowanie, to działania, które niekorzystnie wpływają na środowisko i pogłębiają skutki ocieplenia. Dawniej panowała moda na budowanie dużych zbiorników retencyjnych, dziś już wiemy, że nie są one korzystne dla środowiska. Woda w nich zatrzymana intensywnie paruje, więc dużo jej tracimy. Zbiorniki retencyjne to również swego rodzaju bioreaktory, w których rozwijają się glony – pogarszając jakość wody i w nich samych, i w rzece poniżej. Dno rzeki poniżej takiego zbiornika ulega obniżeniu, co przesusza pobliskie tereny. Zatem dużym kosztem stwarzamy sobie nowe problemy, potęgowane niekiedy nieprzemyślanymi inwestycjami. Przykładowo: powódź stulecia w dolinie Odry w 1997 r. w dużej mierze była spowodowana wycięciem lasów na stokach górskich w jej dorzeczu, przez co woda szybko spłynęła do biegu środkowego rzeki. A katastrofalne skutki powodzi we Wrocławiu były związane m.in. z budową osiedli mieszkaniowych na terenie polderów, na które Odra miała wylewać w czasie powodzi.

Prowadzi się zbyt wiele działań przyspieszających odpływ wody. Tymczasem najkorzystniejsza jest retencja zlewniowa. Lasy i łąki w strefie górnego biegu rzeki retencjonują wodę, powoli przepuszczają ją do koryta rzeki i przy okazji filtrują. Gdy ta sama rzeka w swym biegu środkowym i dolnym naturalnie meandruje, to częściowo rozlewa się i wsiąka w dolinę, tworzą się lasy łęgowe, które zatrzymują rozlaną wodę. Rzeka uregulowana to po prostu kanał, woda szybko spływa nim do morza. Jest ona też zubożona siedliskowo, co zmniejsza jej zdolność do samooczyszczania się. Przy tym nawet najwyższy wał przeciwpowodziowy czy największe zbiorniki retencyjne na takiej rzece mogą nie wystarczyć – raz na kilkadziesiąt lat katastrofalna powódź jest niemal pewna.

Obecnie w wielu obszarach Polski występują susze hydrologiczne, a rolnikom brakuje wody, by nawadniać uprawy. Z jednej strony forsuje się melioracje, a więc woda znika z krajobrazu rolniczego i powoduje suszę hydrologiczną. Z drugiej, aby nawodnić uprawy, rolnicy czerpią wodę z rzek, a więc je osłabiają, albo drenują wody podziemne i niszczą warstwy wodonośne. W ten sposób nasilają się zjawiska niekorzystne dla nas i przyrody.

W przyszłości mięso z kręgowców może się stać luksusem

Około 77% powierzchni ziemi wykorzystywanej rolniczo przeznaczonych jest na hodowlę zwierząt. Produkcja mięsa wołowego pociąga za sobą ogromne ilości dwutlenku węgla. Zatem, jeśli nie zmienimy naszego stylu życia, to być może niedługo mięso z kręgowców stanie się dla nas luksusem, a białko zwierzęce może pochodzić głównie z hodowli bezkręgowców. Jedzenie owadów i innych bezkręgowców od dawna praktykowane jest niemal w całej południowo-wschodniej Azji, w Polsce tego typu pokarm nie jest jeszcze zbyt popularny. Pozyskiwanie owadów jako żywności nie dotyczy tylko kwestii mięsa, ale również tłuszczu, bo prawie cały odwłok owada to ciało tłuszczowe, a więc ogromne ilości energii, z której można produkować np. paliwa. Ponadto niektóre gatunki owadów bioakumulują metale ciężkie – możemy zatem karmić je odpadami, a później nawet odzyskiwać te metale ciężkie z ich tkanek, przy okazji pozyskując białko przetworzone w paszę lub surowiec energetyczny.

Procesy degradacji ekosystemów ziemskich znacząco przyspieszają, dlatego jeśli chcemy, jako ludzkość, pożyć na Ziemi we względnym komforcie dłużej niż 200 lat (bo mniej więcej taka jest perspektywa), powinniśmy przemodelować nasze funkcjonowanie. Gospodarka rzekami, niszczenie torfowisk, zabudowywanie różnych obszarów, niechęć do tworzenia parków narodowych i rezerwatów przyrody, obecna rabunkowa gospodarka leśna czy zabudowywanie pobrzeży wód – większość tych zjawisk nasilają w mniejszym lub większym stopniu degradację środowiska.

Aby je spowolnić, można np. wprowadzić zakazy, wzmacniane bodźcami ekonomicznymi, zarówno pozytywnymi, jak i negatywnymi. Bardzo dobrym pomysłem są dopłaty rolno-środowiskowe, w których UE dopłacałaby pieniądze za odpowiednią gospodarkę na łąkach, utrzymywanie terenów podmokłych czy łapanie deszczówki. Jednak problemem zdaje się być syndrom NIMBY (Not In My Back Yard – nie na moim podwórku), inaczej mówiąc: „oszczędzajcie przyrodę, ale nie moim kosztem”. Musimy zatem wykazać wiele pokory i uświadomić sobie, że każde pojedyncze działanie człowieka w kierunku ochrony przyrody stanowi cegiełkę do jej globalnych zmian.

Dr hab. Paweł Buczyński, prof. UMCS – pracownik naukowy Katedry Zoologii Ochrony Przyrody w Instytucie Nauk Biologicznych UMCS. Jego badania dotyczą bezkręgowców słodkowodnych – ich różnorodności biologicznej, rozmieszczenia geograficznego, ekologii, zagrożeń, ochrony, wykorzystania w ocenie stanu środowiska. Głównymi organizmami modelowymi w tych badaniach są ważki (Odonata) i chrząszcze (Coleoptera). Współpracując ze specjalistami od innych grup taksonomicznych prowadzi badania także w oparciu o inne organizmy. Część realizowanych projektów dotyczy też całej makrofauny bezkręgowej.

źródło: Centrum Prasowe UMCS