Wymieranie gatunków to poważny problem, o którym naukowcy już mówią bardzo poważnie od co najmniej trzech dekad. Tyle wiadomo, że wcześniej był to przede wszystkim problem środowiskowy i ekologiczny. Jeszcze ocieplenie klimatu i inne zmiany klimatu nie wywierały niekorzystnego wpływu na gatunki. I nadal jeszcze czynniki klimatyczne nie stanowią potencjalnego zagrożenia dla zagrożonych (ale nie tylko zagrożonych) gatunków, zwłaszcza endemitów, głównie na małych wyspach tropikalnych.
Ekolożka Monica G. Turner wraz ze swym zespołem badawczym, zauważyła, że zmienność klimatu już teraz ma bardzo silny związek i będzie mieć jeszcze większy w najbliższej przyszłości z nagłymi i nieodwracalnymi zmianami w ekosystemach. 1
Nagłe zmiany w systemach ekologicznych (ACES – Abrupt changes in ecological systems) są trudne do zaobserwowania empirycznie, ponieważ zdarzenia ekstremalne są ze swej natury stochastyczne i rzadko przewidywalne. Niemniej autorzy wzywają wszystkich naukowców, aby priorytetem było wykrywanie, wyjaśnianie i przewidywanie ACES w odpowiedzi na zachodzące zmiany klimatu. W szczególności dotyczy to hotspotów.
Badaczka zauważyła, że nie ma już powrotu do „nowej normalnej równowagi”. Raczej zaczynamy obserwować przyspieszenie tempa zmian intensywności i częstotliwości określonych czynników prowadzących do ubożenia różnorodności biologicznej. Badanie identyfikuje ważne zasady ogólne, które prowadzą do pytań i hipotez dotyczących przyszłych badań. Są to:
- niektóre systemy ekologiczne są bardziej podatne na nagłe zmiany niż inne
- ekstremalne zmiany klimatu w tych systemach ekologicznych mogą być bardziej prawdopodobne niż średnie tendencje do wywołania stopniowych zmian. (np. bielenie koralowców napędzane jest raczej przez ekstremalne fale upałów niż stopniowe ocieplenie oceanów).
- Wiele czynników często współdziała w celu wytworzenia ACES
—
Fot.1. Samiec goryla górskiego (Wikipedia).
—
Np. ekstremalna susza spowodowana zmianami klimatu czy też ekstremalny pożar mogą prowadzić jednocześnie do nagłych zmian ekosystemów lądowych. Np. zamiany ekosystemów leśnych na nieleśne.
Z kolei wprowadzone patogeny w połączeniu z ociepleniem klimatu mogą powodować szkodliwy wpływ na wiele populacji wrażliwych gatunków drzew.
—
Christopher Trisos z Afrykańskiej Inicjatywy na rzecz Klimatu i Rozwoju na Uniwersytecie w Kapsztadzie (RPA), Cory Merow z Wydziału Ekologii i Biologii Ewolucyjnej na Uniwersytecie Connecticut w Storrs oraz Alex Pigot z Centrum Badań Bioróżnorodności i Środowiska na wydziale Genetyki, Ewolucji i Środowiska na Uniwersytecie (College) w Londynie, przedstawiając obraz załamywania się ekosystemów pod wpływem dalszego wzrostu temperatury globalnej, podjęli się próby opisania projekcji klimatycznych dla przyszłości bioróżnorodności w ekosystemach. 2
—
Rys.1. Przykład projekcji zmian w zespole gatunków – region Kajmanów. Przedstawiono odsetek gatunków narażonych na wyjście ze swojej historycznej niszy klimatycznej (lewa oś, czarna linia ciągła na wykresie) i średnią temperaturę roczną w tym regionie (prawa oś, szara i czerwona linia na wykresie). Temperaturę w przyszłości obliczono na podstawie scenariusza wysokich emisji gazów cieplarnianych (RCP8.5). Na wykresie zaznaczono zasięg zmiany w ekosystemie (67%), termin jej wystąpienia (rok 2074), „dekadę maksymalnego narażenia” (2074 ± 5), oraz nagłość zdarzenia (ok. 57% gatunków, które wyjdą poza swoją historyczną niszę właśnie w dekadzie (2074 ± 5). Źródło: Trisos i in., 2020 [w:] Nauka o klimacie.
—
Na wykresach i mapach, badacze oszacowali roczne prognozy od 1850 do 2100 roku wpływu przyszłego wzrostu temperatury i opadów oddziałujących na ponad 30 000 gatunków morskich i lądowych przy zastosowaniu różnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych.
Trisos, Merow i Pigot zaprezentowali skumulowany odsetek gatunków wcześniej opuszczających swoje historyczne nisze klimatyczne (zasięgi geograficzne) oraz odsetek tych gatunków dla danego ekosystemu, które tuż przed albo w czasie progu krytycznego dopiero opuszczą je. Również został przedstawiony odsetek gatunków pozostających w swych historycznych niszach klimatycznych, dla których nie ma już żadnego ratunku.
Naukowcy przewidywali, że zmiany w ekosystemach będą nagłe i wpływające ujemnie na przeżywalność wielu gatunków. Dla poszczególnych zespołów wyznaczyli następujące parametry:
– termin możliwego załamania – 2074 rok, w którym odsetek gatunków wyjdzie ze swojej historycznej niszy i przekroczy 50%
– zasięg zmiany (67%), czyli całkowity odsetek gatunków, które wyjdą ze swojej historycznej niszy
– nagłość zmiany (57%), opisywana jako odsetek gatunków, które wyjdą ze swojej historycznej niszy w dekadzie maksymalnego narażenia (w ciągu pięciu lat przed i po terminie możliwego załamania), liczony względem całkowitej liczby gatunków, które wyjdą ze swojej niszy.
W sumie możliwość załamania ekosystemów, inaczej zespołów gatunków, naukowcy oszacowali na 2074 rok, z poprawką 5 lat wcześniej czy później, czyli w prawdopodobnym okresie 2069-2079, oczywiście jeśli będzie dalej kontynuowany kurs emisji gazów cieplarnianych RCP8.5.
Sam zasięg 67% zmiany (1850-2100) oznacza ilość gatunków, które jeszcze przed progiem krytycznym opuszczą swoje historyczne nisze ekologiczne, co łatwiej pomoże im w adaptacji do coraz większych zmian klimatycznych.
—
Rys.2. Niepewność w metrykach lokalnego narażenia gatunków w 22 modelach klimatycznych CMIP5 w ramach RCP8.5. Niepewność, czyli odchylenie standardowe (SD – Standard Deviation) co do wielkości narażenia jest największa wokół granic tropików, z niewielką geograficzną zmiennością niepewności co do czasu lub gwałtowności. A) Zasięg zmiany bioróżnorodności (całkowity odsetek gatunków narażonych na lokalne wyginięcie z powodu wystąpienia warunków, w których te gatunki dotąd nie żyły) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). B) Nagłość zmiany (odsetek gatunków, które doświadczą warunków, w których dotąd nie funkcjonowały w przedziale ± 5 lat od terminu możliwego załamania, liczony względem całkowitej liczby gatunków, które go przekroczą) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). C) Termin możliwego załamania (rok, w którym odsetek gatunków, które doświadczać będą nowych warunków, przekracza 50%) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). Rozpatrywano zespoły gatunków zamieszkujących w obszarach o wymiarach 100 x 100 km (Christopher Trisos i inni, 2020).
—
Z kolei nagłość zmiany (1850-2100) oznacza ilość gatunków, które dopiero w ostatniej chwili, gdy już się pojawił próg krytyczny w 2074 r. (podany przez Trisosa i in.), opuszczą swoje historyczne nisze ekologiczne, co jest trudniejsze w adaptacji do coraz większych zmian klimatycznych.
Im dłuższe jednak będzie zwlekanie w czasie z migracją, tym gorzej dla gatunków, gdyż w coraz cieplejszym świecie mechanizmy ewolucyjnej adaptacji będą coraz słabsze, co doprowadzi wiele z nich po prostu do szybszego wymierania. Autorzy w swoim artykule napisali:
W scenariuszu wysokich emisji (reprezentatywna ścieżka stężenia (RCP 8.5), takie nagłe przypadki narażenia rozpoczynają się przed 2030 r. w oceanach tropikalnych i rozprzestrzeniają się na lasy tropikalne i wyższe szerokości geograficzne do 2050 r.
Podsumowując temat tej pracy, jeśli miałby być osiągnięty cel polityczny Porozumienia Paryskiego z 2015 r. aby nie dopuścić do przekroczenia krytycznego progu temperatury globalnej 2 stopnie Celsjusza powyżej okresu 1850-1900, to tylko 2% zespołów gatunków przekroczy swoje historyczne nisze ekologiczne z czego ponad 20% gatunków znajdzie się na progu ekstynkcji. Natomiast jeśli według scenariusza RCP8.5 będziemy dalej spalać paliwa kopalne i wylesiać Ziemię, doprowadzając w 2100 r. do przekroczenia progu 4 stopni Celsjusza, to niestety aż 15% zespołów gatunków przekroczy swoje historyczne nisze klimatyczne z czego ponad 50% gatunków znajdzie się na progu ekstynkcji.
—
Rachel Warren z Centrum Badań Zmian Klimatu im. Tyndalla na Uniwersytecie Wschodniej Anglii, wraz ze swoim zespołem badawczym, opisała wpływ ocieplenia klimatu na owady, rośliny i kręgowce. 3
Naukowcy na podstawie prognoz zawartych w swojej pracy, oszacowali, że nawet ponad 50% gatunków utraci większość swoich odpowiednich warunków klimatycznych do 2100 r., z powodu nasilenia się scenariusza największej emisji gazów cieplarnianych (GHG – Greenhouse Gases).
Na podstawie trzech scenariuszy emisji obliczyli, że:
- Wzrost temperatury globalnej o 3,2 stopnia Celsjusza doprowadzi do wymarcia 44% owadów, 44% roślin, 26 % kręgowców
- Wzrost temperatury globalnej o 2 stopnie Celsjusza doprowadzi do wymarcia 18% owadów, 16% roślin, 8% kręgowców
- Wzrost temperatury globalnej o 1,5 stopnia Celsjusza doprowadzi do wymarcia 6% owadów, 8% roślin, 4% kręgowców
—
Rys.3. Odsetek modelowanych gatunków, które stracą ponad połowę swojego klimatycznie określonego zasięgu do 2100 r. Na określonych poziomach globalnego ocieplenia. [n – liczba gatunków] ( A ) bezkręgowce (n = 34 104), ( B ) kręgowce (n = 12 640), ( C ) rośliny (n = 73 224), ( D ) owady (n = 31 536), ( E ) ssaki (n = 1769), ( F ) ptaki (n = 7966), ( G ) gady (n = 1850) i ( H ) płazy (n = 1055). Kolory: niebieski – z realnym rozproszeniem i pomarańczowy – bez rozproszenia. Dane przedstawiono jako średnie prognozy dla 21 alternatywnych wzorców modeli klimatycznych ze słupkami błędów wskazującymi zakres od 10 do 90% (Rachel Warren i inni, 2018).
—
Naukowcy analizując swoją pracę badawczą wykorzystali cztery scenariusze, w których temperatury globalne w stosunku do okresu przedprzemysłowego sięgają kolejno do 1,5°C, 2°C, 3,2°C, gdy kraje dotrzymują pewnych swoich krajowych zobowiązań do ograniczenia emisji (NDC – Nationally Determined Contribution) oraz do 4,5°C, kiedy kraje nic nie robią i kontynuują scenariusz „biznes jak zwykle” (RCP8.5).
Generalnie uczeni stwierdzili, że bardziej zagrożone są i będą bezkręgowce niż kręgowce. Stałocieplne kręgowce jak gromady ptaków i ssaków, będą odporniejsze na wzrost temperatury czy brak opadów, gdyż ich organizmy są w dużej mierze niezależne od czynników zewnętrznych. Ale oczywiście też do pewnego czasu.
—
Fot.2. Zieleńczyk ostrężyniec (Callophrys rubi) (Wikimedia).
Naukowcy zauważyli, że zagrożonymi kluczowymi grupami zwierząt wśród bezkręgowców (owadów) są zapylacze. A więc, pszczoły, trzmiele, motyle.
W szczególności dotkniętych będzie wiele hotspotów dzikiej fauny na świecie, zwłaszcza w południowej Afryce i Amazonii, gdzie zamieszkuje 30% światowych gatunków.
Rachel Warren w serwisie Carbon Brief powiedziała: 4
Prawdopodobnie dlatego, że owady to są gatunki ektotermiczne, więc to oznacza, że ich temperatura ciała jest kontrolowana zewnętrznie, a nie wewnętrznie, jak u ludzi i innych ssaków oraz ptaków. Owady mają też etapy życia – jaja, larwy, poczwarki, a także osobniki dorosłe. Każdy z tych etapów może być podatny na różne czynniki, takie jak wysychanie jaj w przypadku zbyt małych opadów.
W tropikach i subtropikach są mniejsze wahania temperatury niż w klimacie umiarkowanym, dlatego też tam osiadłe gatunki mogą być bardziej narażone na postępujący wzrost temperatur lokalnych i regionalnych oraz globalnej.
Naukowczyni podsumowała temat w Carbon Brief:
Tu w Wielkiej Brytanii możemy mieć straszne lata i bardzo ładne – podczas gdy w tropikach jest to dużo bardziej przewidywalne. Oznacza to, że w krajach o umiarkowanym klimacie gatunki prawdopodobnie będą buforowane przed dość dużą zmiennością klimatu naturalnego. Natomiast w tropikach, gdy przeciętny klimat się zmienia, może szybko wyjść poza zakres naturalnej zmienności, do której gatunki są przystosowane.
—
Naukowcy – Gerald Ceballos z Instytutu Ekologii, Narodowego Autonomicznego Uniwersytetu Meksyku , Paul R. Ehrlich z Centrum Biologii Konserwatorskiej na Wydziale Biologii na Uniwersytecie Stanforda oraz Peter H. Raven z Wydziału Nauk o Roślinach w Ogrodzie Botanicznym Missouri w St. Louis, na temat szóstego wymierania w swojej pracy napisali: 5
Badamy 29 400 gatunków kręgowców lądowych i określamy, które są na skraju wyginięcia, ponieważ mają mniej niż 1000 osobników. Na krawędzi występuje 515 gatunków (1,7% ocenianych kręgowców). Około 94% populacji – 77 gatunków ssaków i ptaków żyjących na krawędzi zaginęło w ostatnim stuleciu. Zakładając, że wszystkie gatunki na krawędzi mają podobne tendencje, ponad 237 000 populacji tych gatunków zniknęło od 1900 roku.
Naukowcy zauważyli, że obecne tempo wymierania gatunków jest setki, a może nawet tysiące razy szybsze aniżeli na przestrzeni czasowej kilkudziesięciu milionów lat. I będzie ono jeszcze szybsze, o ile jeżeli nie podejmiemy działań, zarówno dekarbonizacyjnych, jak i renaturalzacji ekosystemów.
—
Fot.3. Kręgowce lądowe na krawędzi wymierania (tj. z 1000 lub mniej osobnikami) obejmują gatunki takie jak (A) nosorożec sumatrzański (Dicerorhinus sumatrensis) ; źródło : Rhett A. Butler [fotograf], (B) strzyżyk wyspowy (Troglodytes tanneri) ; zdjęcie źródło : Claudio Contreras Koob [fotograf]), (C) żółw olbrzymi (Chelonoidis hoodensis) ; źródło : (GC) oraz (D) kikutnik pstry (Atelopus varius) ; wielkość populacji gatunku jest nieznana, ale szacuje się ją na mniej niż 1000; źródło obrazu: (GC).
—
Naukowcy podkreślili, że za każdym razem, gdy gatunek lub populacja znika z życia, zdolność Ziemi do utrzymywania usług ekosystemowych ulega poważnemu zaburzeniu do pewnego stopnia, w zależności od gatunku lub populacji, której ono dotyczy. Każda populacja jest prawdopodobnie na swój sposób wyjątkowa, a zatem może różnić się zdolnością dopasowania się do określonego ekosystemu i odgrywania w nim określonej roli, włącznie z interakcjami z innymi gatunkami oraz warunkami fizykochemicznymi.
Dalej naukowcy napisali, że przy dalszej kontynuacji scenariusza emisji GHG „biznes jak zwykle”, skutki wymierania tychże gatunków jeszcze bardziej pogorszą się w nadchodzących dziesięcioleciach, ponieważ nastąpi utrata jednostek funkcjonalnych oraz możliwe, że zbyt gwałtowna i nadmierna zmienność genetyczna i kulturowa zmienią całe ekosystemy. A ludzkość, mimo wszystko, także potrzebuje podtrzymywania funkcji własnej egzystencji w postaci względnie stabilnego klimatu, przepływów słodkiej wody, zwalczania szkodników i chorób w rolnictwie, zapylania upraw itp., a wszystko to tylko mogą zapewnić w miarę względnie funkcjonalne ekosystemy, czego wielu ludzi dalej nie rozumie.
—
Referencje:
- Turner M. G. et al., 2020 ; Climate change, ecosystems and abrupt change: science priorities ; Biological Sciences ; https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2019.0105
- Trisos C. H. et al., 2020 ; The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change ; Nature ; https://www.nature.com/articles/s41586-020-2189-9
- Warren R. et al., 2018 ; The projected effect on insects, vertebrates, and plants of limiting global warming to 1.5°C rather than 2°C ; Science ; https://www.science.org/doi/10.1126/science.aar3646
- Dunne D., 2018 ; Restricting global warming to 1.5C could ‘halve’ risk of biodiversity loss ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/restricting-global-warming-to-1-5c-could-halve-risk-of-biodiversity-loss
- Ceballos G. et al., 2020 ; Vertebrates on the brink as indicators of biological annihilation and the sixth mass extinction ; Proceedings of the National Academy of Sciences ; https://www.pnas.org/content/117/24/13596