Zmiana klimatu na Ziemi zawsze oznaczała zmianę warunków dla istniejącego od ponad 3 mld lat życia. Wielkie zmiany klimatyczne zawsze wiązały się z masowym wymieraniem. Dziś mamy kolejną zmianę klimatu, która wpływa na warunki do życia. Roślinność na całej planecie jest poddawana rozmaitym formom presji ze strony coraz cieplejszego klimatu. Jedną z budzących obawy jest sprawa fotooddychania i fotosyntezy roślin. Według nowych badań drzewa „kaszlą” dwutlenkiem węgla. Możemy mieć problem.
Kluczowa rola fotosyntezy
Badania, których treść opublikowano w czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences brzmią dość niepokojąco dla nas, jako gatunku cudzożywnego, a więc gatunku mocno zależnego od innych form życia. Chodzi o proces nazwany fotooddychaniem.
To trochę mniej znany proces w funkcjonowaniu roślin niż fotosynteza, o której uczyliśmy się już w szkole podstawowej na lekcjach biologii. Kto miał piątkę z biologi, ten wie doskonale, o co chodzi. Dla tych, którzy w podstawówce byli dawno temu – przypomnijmy. Fotosynteza jest procesem polegającym na wytwarzaniu związków organicznych w komórkach roślinnych zawierających chlorofil. Proces ten zachodzi przy udziale światła słonecznego. Dzięki niej w atmosferze utrzymuje się wysoki poziom tlenu, którym oddychamy.
Fotooddychanie to jednak proces, który zachodzi zupełnie inaczej niż fotosynteza, i nie jest czymś pożądanym dla rośliny, gdyż zmniejsza jej produktywność. Inaczej też mówiąc, fotooddychanie to mechanizm obronny roślinny, działający w czasie stresu rośliny, jakim jest zbyt wysoka temperatura lub brak wody. Zamiast tlenu, roślina oddaje dwutlenek węgla.
Fotooddychanie jest czymś, czego byśmy nie chcieli widzieć na co dzień u roślin właśnie ze względu na odwrotny do fotosyntezy mechanizm. Fotosynteza jest dla nas po prostu niezbędna. Bez niej, nie ma tlenu, a same oceany nie wystarczą. Bez tlenu nie ma mas. Nie ma zwierząt na lądzie.
Czytaj także: Naukowcy się pomylili? Tłumaczymy, jak drzewa zareagują na zmiany klimatu
Drzewa kaszlą przez zmiany klimatu – nie pochłaniają, a oddają dwutlenek węgla do atmosfery
Drzewa, które są największymi formacjami roślinnymi na lądzie, starają się sekwestrować CO2 w cieplejszym i bardziej suchym klimacie. A z takim klimatem w coraz większym stopniu mamy do czynienia. Nie mogą pochłaniać CO2 w należytym tempie w zmienionych klimatycznie warunkach. Oznacza to, że drzewa nie mogą dłużej służyć jako rozwiązanie pozwalające nam wygrać ze zmianami klimatu. Sądząc drzewa w ramach różnych akcji ekologicznych, zazieleniając miasta, liczymy nie tylko cień, ochłodę oraz piękne widoki.
Liczymy też na redukcję naszego śladu węglowego, by dzięki temu dać sobie pewien kredyt działania w naszej transformacji energetycznej. „Odkryliśmy, że drzewa w cieplejszym i bardziej suchym klimacie zasadniczo kaszlą, zamiast oddychać” – powiedział Max Lloyd, adiunkt nauk o Ziemi, który jest głównym autorem badania. „Emitują one CO2 z powrotem do atmosfery w znacznie większym stopniu niż drzewa rosnące w chłodniejszych i bardziej wilgotnych warunkach.”
Kaszlące drzewa. „Wytrąciliśmy ten niezbędny cykl z równowagi”
Doniesienia naukowców burzą nam ten porządek o roli roślin w pochłanianiu CO2 z atmosfery. Oczywiście drzewa nadal to robią i będą to robić dalej. Musimy jednak mieć na uwadze, że proces ten nie będzie zachodził tak, jak powinien zachodzić w normalnym klimacie holocenu. Burzenie tego porządku polega na tym, że roślinność na Ziemi nie będzie mogła dostosować się do zmieniającego się klimatu. Rośliny będą miały mniejszą zdolność do pochłaniania CO2 z atmosfery. Fotosynteza, która została opisana na początku tego artykułu, będzie ograniczana przez ocieplający się klimat.
„Wytrąciliśmy ten niezbędny cykl z równowagi” – powiedział Lloyd. „Rośliny i klimat są ze sobą nierozerwalnie związane. Organizmy fotosyntetyzujące w największym stopniu pobierają CO2 z naszej atmosfery. To duże pokrętło w składzie atmosfery, więc oznacza to, że małe zmiany mają duży wpływ.”
Według wyliczeń, jakie przedstawia amerykański Departament Energii, dziś globalna roślinność pochłaniania około jednej czwartej tego, co emitujemy do atmosfery. Niestety, dalsze zmiany w klimacie ten odsetek będą redukować. „Kiedy myślimy o przyszłości klimatu, przewidujemy, że poziom emisji CO2 wzrośnie, co teoretycznie jest dobre dla roślin, ponieważ są to cząsteczki, które one wdychają” – powiedział Lloyd. „Ale wykazaliśmy, że będzie istniał kompromis, którego niektóre dominujące modele nie uwzględniają. Świat będzie coraz cieplejszy, co oznacza, że rośliny będą mniej zdolne do pobierania CO2..”
Co będzie się działo w przyszłości? Do tego będą potrzebne dalsze badania
Aby określić, jak zmieniały się i jak zmieniają się obecnie trendy w fotooddychaniu, naukowcy poddali badaniom różne materiały roślinne drzew zarówno tych obecnie rosnących, jak i tych, które są martwe, sprzed blisko 100 lat. Okazy pochodzą z archiwum Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, które zawiera setki próbek drewna zebranych w latach 30. i 40. XX wieku. Naukowcy badali liczby i skład izotopów atomów, tworzących materiał odpowiedzialny za fotooddychanie. Wyjaśniamy to oczywiście w dużym uproszczeniu. „Można myśleć o izotopach jako o odmianach atomów. Podobnie jak lody w wersji waniliowej i czekoladowej, atomy mogą mieć różne izotopy z własnymi, unikalnymi „smakami” wynikającymi z różnic w ich masie” – wyjaśnił Lloyd.
Właśnie na podstawie badań izotopów materiału drzewnego naukowcy zauważyli niepokojący trend, że drzewa zaczynają kaszleć. Owo kaszlenie to po prostu wzrost udziału fotooddychania nad niezbędną dla nas fotosyntezą. Dzięki temu naukowcy są w stanie odpowiedzieć na pytanie, jak dobrze drzewa będą mogły „oddychać” w przyszłości, kiedy klimat może stać się cieplejszy niż obecnie.
Żeby jednak to zrobić i mieć pewną odpowiedź, trzeba się cofnąć jeszcze bardziej w przeszłość. Zespół badaczy będzie teraz pracować nad skamieniałymi formami drzew sprzed milionów lat, kiedy klimat był cieplejszy niż obecnie. To powinno pozwolić odpowiedzieć nam, co się może stać w przyszłości, bo wiemy, co się dzieje teraz. „Jestem geologiem, zajmuję się przeszłością” – powiedział Lloyd. „Jeśli więc interesują nas ważne pytania dotyczące funkcjonowania tego cyklu, gdy klimat był zupełnie inny niż obecnie, nie możemy wykorzystywać żywych roślin. Być może będziemy musieli cofnąć się o miliony lat, aby lepiej zrozumieć, jak może wyglądać nasza przyszłość.”
Kaszlące drzewa to jeszcze nie katastrofa, ale rośliny mają swoje ograniczenia
Może być jednak tutaj pewien problem. Miliony lat temu zmiany klimatyczne były wolniejsze niż obecnie. Rośliny miały czas, by dostosować się do zmian. Koniec końców, nawet w gorącym paleogenie sprzed ponad 50 mln lat też były rośliny. Rośliny dostosowywały się do zmian klimatycznych na drodze ewolucji. Dziś tego czasu nie mają, bo zmiana jest zbyt szybka. Ewolucja wymaga czasu.
Rośliny mają określoną tolerancję, jeśli chodzi o temperatury. Zależy ona od danej formacji roślinnej. Najwyższa jest w przypadku roślin klimatu pustynnego. Niższa dla roślin klimatów umiarkowanych. Już po przekroczeniu 30 st. C metabolizm większości roślin zaczyna zwalniać. Nie oznacza to jeszcze, że roślina przestaje pełnić swoje funkcje. Problem robi się po przekroczeniu wartości 40 st. C. Roślinność nie jest skazana na śmierć, bo organizmy te są w stanie poradzić sobie przez pewien czas bez fotosyntezy. Jednak problemem staje się właśnie kwestia pochłaniania CO2. No i wydajności wzrostu, kluczowego, chociażby w rolnictwie.
Czytaj także: Rosnące temperatury przybliżają lasy tropikalne do granicy życia i śmierci
W przypadku naszej części świata zagrożeniem jest niedobór wody
W naszym przypadku i w większej części Europy największym zagrożeniem dla fotosyntezy jest bardziej brak opadów niż wysokie temperatury. Liczba dni z upałami rośnie, ale nie jest jeszcze ich dużo, by mogły one realnie zaszkodzić drzewom w naszej części świata. Co nie znaczy, że upały nie mają wpływu. Mają, coraz większy, ale problem jest z wodą.
W naszym polskim przypadku nie ma badań pokazujących, jak to dokładnie będzie wyglądało, ale wiemy, że nie będzie dobrze.
– Scenariusze zmian klimatu nie pozostawiają złudzeń, klimat się ociepla i jeżeli nie podejmiemy radykalnych działań, będzie coraz gorzej. Zdarzenia ekstremalne typu susze, deszcze nawalne, czy huragany staną się nową codziennością. Zimą zamiast śniegu będzie padał częściej deszcz, a latem będzie wiele dni bezopadowych. Nastąpi utrata różnorodności biologicznej, zacznie się wymieranie gatunków, które nie będą w stanie w tak szybkim tempie zaadaptować się do zmieniającego się klimatu. Zmiany będą widoczne, także w składzie gatunkowym drzew występujących w Polsce – tłumaczy zapytana przez SmogLab Barbara Rajkowska z Krajowego Ośrodka Zmian Klimatu oraz Zakładu Adaptacji do Zmian Klimatu w Instytucie Ochrony Środowiska – Państwowym Instytucie Badawczym.
– Zmiany klimatu i związane z tym ocieplenie, a także brak opadów, spowodują nie tylko zmiany gatunkowe, ale także modyfikację na różnych poziomach w fizjologii drzew – stwierdziła Rajkowska.
– Susza powoduje między innymi zmiany w funkcjonowaniu aparatu fotosyntetycznego, co objawia się zamykaniem aparatów szparkowych, niedoborem dwutlenku węgla i ograniczeniem transpiracji. Główną negatywną konsekwencją zamykania aparatów szparkowych jest zablokowanie wymiany gazowej pomiędzy rośliną a jej otoczeniem. Dwutlenek węgla niezbędny do fotosyntezy nie może przedostać się do liścia. Efektem tego jest znaczny spadek stężenia tego związku w komórkach liści w krótkim czasie – tłumaczy nam Barbara Rajkowska.
Lasy Państwowe także widzą ten problem
Na kwestię zmian klimatycznych i braku wody zwracają uwagę także Lasy Państwowe. Już od dobrych kilku lat nadleśnictwa obserwują spadek poziomu wód gruntowych w lasach z powodu globalnego ocieplenia. To oznacza poważny problem dla drzew, szczególnie tych płytko zakorzenionych, jak świerki czy sosny. Lasy Państwowe zwracają uwagę na problem braku opadów w półroczu letnim, ale też na fakt, że duże opady nie rozwiązują problemu, bo woda spływa w zagłębienia, do rzek, a rzekami do jezior i Bałtyku.
„Wszystkie te czynniki sprawiają, że gatunki płytko korzeniące się jak np. świerk oraz gatunki wymagające żyznych i wilgotnych siedlisk, takie jak dąb i jesion są osłabione i zamierają. Osłabione drzewa są idealnymi kandydatami do zasiedlenia przez szkodniki wtórne, czyli takie, które atakują drzewa niezdolne do obrony” – czytamy w komunikacie Lasów Państwowych.
Dalszy wzrost temperatur w połączeniu z ograniczonymi z powodu zmian wzorców opadowych zasobów wód gruntowych będzie szkodzić drzewom. Polskie lasy nie wymrą. Przynajmniej nie w najbliższych 20-30 latach, ale przyszłość jest niepewna. Zbyt duże ocieplenie klimatu zmienić nasz kraj w step.
To kolejny powód pilności ograniczenia emisji gazów cieplarnianych na całym świecie.
–
Zdjęcie tytułowe: shutterstock/Olga Danylenko
