6. Klimatisko faktoru ietekme uz dzīvajiem organismiem

Jaunā gadu tūkstoša sākumā meteoroloģisko datu analīze nepārprotami liecināja, ka klimata pasiltināšanās ir neapstrīdams fakts. Zinot dzīvo organismu atkarību no temperatūras, radās jautājums, vai nav vērojamas arī izmaiņas dabā. Literatūrā bija uzkrājies ne mazums datu par dažādu sugu populāciju skaita un dzīves ritma jeb fenoloģijas izmaiņām temperatūras izmaiņu ietekmē. Taču kritiski noskaņotiem zinātniekiem šie dati nešķita pietiekami pārliecinoši, lai varētu apgalvot, ka novērotās izmaiņas tik tiešām ir skaidrojamas ar klimata pasiltināšanos, nevis ar kaut kādu lokālu faktoru, piemēram, zemes lietojumveida maiņu, vides piesārņojuma līmeņa izmaiņu, dabiskās sugu nomaiņas ekosistēmu attīstības procesu jeb ekoloģisko sukcesiju u.tml. Skeptiķi norādīja uz nepietiekami ilgiem novērojumiem un kļūdām datu statistiskajā analīzē, līdz ar to noliedzot, ka būtu novērojama jebkāda klimata pasiltināšanās ietekme uz biodaudzveidību.

Lūzumu šajā problemātiskajā situācijā radīja divi raksti, kas 2003. gadā tika publicēti vienā no pasaules respektablākajiem zinātniskajiem žurnāliem Nature. To autori, galvenokārt, ASV pētnieki, bija veikuši pēdējos 50 gados vairāk nekā tūkstoš izdotu literatūras avotu un dokumentu analīzi, izmantojot jaunas pieejas datu statistiskajā apstrādē. Analīzē bija iekļautas vairāk nekā 1700 sugas no visdažādākajām dzīvo organismu grupām, to skaitā kokaugiem, zālaugiem, ķērpjiem, putniem, abiniekiem, rāpuļiem, kukaiņiem, zivīm un zīdītājiem. Turklāt tika analizēti tikai tie dati, kas bija iegūti vismaz 10 gadu ilgā laika posmā. Galvenokārt tās bija izmaiņas sugu fenoloģijā un izplatībā uz temperatūras izmaiņu fona. Nepārprotama reakcija uz klimata pasiltināšanos tika pierādīta 279 sugām.

Vēlāk vairāki pētnieki pauda viedokli, ka par biodaudzveidības izmaiņām nevajadzētu īpaši uztraukties, jo galu galā paleontoloģisko atradumu analīze liecina, ka masveida sugu izmiršana uz mūsu planētas ir notikusi jau vairākkārt, pirms vēl zemi sāka apdzīvot cilvēks, un arvien dzīvība ir atradusi jaunas eksistences formas – jaunu dzīvnieku un augu sugu veidolā. Arī klimata izmaiņas uz Zemes ir notikušas vairākkārt un nekas neliecinot, ka arī šoreiz tās varētu būt planētas biodaudzveidībai kritiskas.

Kādi argumenti tad tomēr liek bažīties par planētas ekosistēmu stāvokli šobrīd notiekošo biodaudzveidības izmaiņu kontekstā?

Pirmkārt, tie ir ļoti straujie tempi, kādos tās notiek. Biodaudzveidības samazināšanās tempu raksturošanai WWF (World Wide Fund for Nature) sadarbībā ar UNEP WCMC (The United Nations Environment Programme's World Conservation Monitoring Centre) izstrādāts LPI indekss (Living Planet Index), kas tiek aprēķināts kā 1145 planētas mugurkaulnieku sugu populācijas sarukums procentos kopš 1970. gada (6.5. att.). Starplaikā līdz 2000. gadam tas samazinājies par 40%, to skaitā sauszemes sugām par 30%, saldūdens sugām par 50%, bet okeāna sugām par 30%.

Avots – pēc WWF UNEP-WCMC.

Ja klimata izmaiņu gaitā, kādas bija novērojamas pirms 7–15 tūkstoš gadiem temperatūra mainījās tikai aptuveni par 0,005 °C desmit gados, tad šobrīd sasilšanas temps ir 0,2–0,6 °C desmitgadē un turpmāk draud paātrināties. Pēc optimistiskākām prognozēm temperatūra uz Zemes 21. gs. pieaugs vidēji par 2 °C. Tā ir temperatūra, kāda uz planētas nav pieredzēta kopš vidējā Pliocēna pirms 3 milj. gadu. Ja Zemes atmosfēras vidējā temperatūra pārsniegs +4 °C, mēs piedzīvosim no ledus brīvu pasauli, kāda tā bija pirms 35 milj. gadu. Aprēķināts, ka sugas „dzīves ilgums” ir caurmērā 3 milj. gadu. Tas nozīmē, ka viena gadsimta laikā iestāsies tādi apstākļi, kādus savā evolūcijā nav piedzīvojusi neviena no šodien sastopamajām dzīvo organismu sugām.

Otrkārt, ir svarīgi saprast, ka 21. gs. ekosistēmām būs jāsāk pārstrukturēties, pastāvot ļoti nestabilai bāzei, jo cilvēks ar savu saimniecisko darbību un vides piesārņojumu ir tās daļēji vai jau pilnīgi degradējis. Šādā situācijā šo sistēmu adaptācija sasilšanai, okeāna paskābināšanās procesam, piemērotu dzīvotņu izzušanai, ķīmiskā piesārņojuma un invazīvo sugu ietekmei izraisīs sugu izmiršanas kaskādes efektu. Tādējādi mijiedarbībā ar antropogēnajiem faktoriem klimata pasiltināšanās ietekme uz biodaudzveidību būs vēl izteiktāka.

Treškārt, sugu adaptācija klimata izmaiņām planētas pagātnē notika, lielākoties pārbīdoties to izplatības robežām uz augstākiem vai zemākiem ģeogrāfiskiem platumiem, vai augšup un lejup pa kalnu nogāzēm, atkarībā no tā, vai klimats kļuva siltāks vai aukstāks. Līdz ar to sugu populācijām, lai izdzīvotu, bija nepieciešams kļūt ģenētiski daudzveidīgākām. Taču uz mūsdienu klimata pasiltināšanās fona tas vairs nebūs iespējams, jo sugām vienkārši nebūs kur paslēpties.

Izmirstot augstāk attīstīto organismu sugām, protams, dzīvība uz planētas saglabāsies termofilu zemāko dzīvības formu veidā, taču lieki atzīmēt, ka cilvēka populācijas eksistence, neraugoties uz iespējamiem tehnoloģiskajiem sasniegumiem, šādos apstākļos kļūs problemātiska.

Sistemātiski vāktu ilgtermiņa datu trūkums par biodaudzveidības izmaiņām bija viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc 1993. gadā pēc ASV pētnieku iniciatīvas tika izveidotsstarptautiskais ilgtermiņa ekoloģisko pētījumu tīkls ILTER, kura uzdevums bija veikt ilgtermiņa pētījumus dažādās ekosistēmās, dažādās klimatiskajās zonās, lai iegūtu ticamus datus par ekosistēmu izmaiņām dabisko un antropogēno faktoru ietekmē. Šobrīd ILTER tīkls apvieno 40 pasaules valstis, to skaitā arī Latviju. Par vienu no centrālajiem uzdevumiem ILTER tīkls pasludināja pētījumus par biodaudzveidības izmaiņām klimata pasiltināšanās ietekmē.

Klimata izmaiņu ietekme uz biodaudzveidību var būt tieša un netieša. Klimats ietekmē gan sugu gan tām nepieciešamo eksistences resursu, pirmām kārtām barības, izplatību telpā un laikā. Klimata izmaiņu ietekmi uz globālo biodaudzveidību galvenokārt saista ar temperatūras paaugstināšanos, taču kā nozīmīgs blakus faktors tiek minēts arī nokrišņu daudzums. Īstenībā dzīvajiem organismiem nozīmīga ir abu šo faktoru mijiedarbība. Ja tiek runāts par kādas sugas skaita izmaiņām temperatūras paaugstināšanās ietekmē, būtībā tiek pieņemts, ka mitruma režīms saglabājas nemainīgs.

Netiešas ietekmes gadījumā būtiska nozīme ir barības attiecībām un invazīvajām sugām. Ja plēsēja tolerance pret temperatūras vai mitruma izmaiņām ir pietiekami liela, bet upuris – plēsēja barības objekts, ir jutīgāks pret šīm izmaiņām, klimata izmaiņu ietekme uz plēsēju būs netieša. Jaunu sugu ieviešanās reģionos, kur tās līdz šim nav bijušas sastopamas var būtiski ietekmēt šo reģionu ekosistēmas. Tā kā jaunienācējām sugām bieži vien šajās ekosistēmās nav dabisko ienaidnieku, kas regulētu to populāciju skaitu, tās nereti savairojas milzīgā daudzumā un nomāc vai pilnīgi izkonkurē vietējās sugas. Sugu invāzija notiek gan tīšas, gan netīšas cilvēka darbības rezultātā, kā arī pašām sugām veicot migrāciju uz apgabaliem, kuri klimata pasiltināšanās dēļ kļuvuši to eksistencei piemērotāki. Tīša svešu sugu ieviešana saistīta ar lauksaimniecisko darbību, krāšņumaugu introdukciju un medību faunas papildināšanu, bet netīša ieviešana notiek ar transporta līdzekļiem, to skaitā ar kuģu balasta ūdeņiem, dzelzceļa vagoniem un preču konteineriem.

Kopumā pasaulē pētnieku rīcībā esošie dati par sugu daudzveidības izmaiņām uz klimata pasiltināšanās fona joprojām ir nepilnīgi. Visvairāk novērojumu datu ir par lielām, viegli pamanāmām vai ekonomiski svarīgām sugām, kā arī par tādām sugām, kurām piešķirts īpašs aizsardzības statuss. Pētniekiem lielākoties neredzamas ir palikušas norises mikropasaulē, it īpaši augsnē. Un tikai reizi pa reizei tās par sevi atgādina negaidītu, konkrētajam reģionam neraksturīgu augu, dzīvnieku vai cilvēka slimību uzplaiksnījumos.

Par vispārliecinošāko pierādījumu temperatūras paaugstināšanās ietekmei uz dzīvajiem organismiem tiek uzskatīti fenoloģisko novērojumu dati – augu ziedēšanas un lapu plaukšanas sākums pavasarī, lapu dzeltēšanas sākums rudenī, dažādu sugu gājputnu atlidošana vai aizlidošana un citas sezonālās dabas parādības.

Ziemeļu puslodē veģetācijas sezona pēdējo 40 gadu laikā ir pagarinājusies par 1–4 dienām, it īpaši augstākajos platuma grādos. Daudzi novērojumi liecina par būtiskām nobīdēm fenoloģiskās parādībās 20. gs. laikā. Piemēram, Eiropā lapu plaukšana sākas vidēji par 6,3 dienām agrāk, bet lapu dzeltēšana aizkavējās par 4,5 dienām. Kopumā veģetācijas perioda ilgums no 60. gadu sākuma caurmērā ir palielinājies par 10,8 dienām. Rietumkanādā apses Populus tremuloides sāk ziedēt par 26 dienām agrāk. Igaunijā pēdējos 80 gados pavasara atnākšana notiek caurmērā par 8 dienām agrāk, turklāt visstraujākās izmaiņas novērotas tieši pēdējos 40 gados. Lietuvā fenoloģiskais pavasaris 20. gs. beigās sākās 8–16 dienas agrāk nekā 70. gados. Vācijā laukaugu un dekoratīvo augu fenoloģiskie procesi, arī uzziedēšana un nobriešana laikā no 1951.–2004. gadam ir paātrinājušies vidēji par 6–7 dienām.

Jāatzīmē tas, ka rudens fenoloģiskās parādības atšķirībā no pavasara parādībām ir daudz mazāk nobīdītas laikā, tādēļ kopumā veģetācijas periodam ir tendence pagarināties, kas sekmē pozitīvo temperatūru summu pieaugumu, un līdz ar to nodrošina mērenās joslas un ziemeļu reģionos ienākušo dienvidu sugu izdzīvošanu un savairošanos.

Mainoties dažādu sugu fenoloģijai, atzīmēta dzīvības procesu sinhronitātes izjaukšana starp ekoloģiskās barības ķēdes posmiem, piemēram, putnu mazuļu izšķilšanās laiks vairs nesakrīt ar viņu barības objektu – kukaiņu masveida izlidošanas laiku. Eiropā un Ziemeļamerikā 45 ligzdojošo putnu sugām konstatēts agrāks ligzdošanas sākums, taču nesakritība ar kukaiņu masveida izlidošanu samazina mazuļu izdzīvotību.

Lielbritānijā parastajai vardei Rana temporaria pārošanās, nārsts un kurkuļu šķilšanās sākas agrāk un norisinās ilgāk. Reģistrēts, ka 2004. gadā pēc 2003. gada karstuma viļņa varžu auglība samazinājās.

Ja mērenās joslas un ziemeļu reģionos kā galvenais faktors tiek minēta temperatūra, tad dienvidu rajonos pirmajā vietā izvirzās nokrišņi un mitruma režīms. Īpašas bažas šeit rada augstkalnu ledāju pakāpeniskā izkušana, kas samazina no kalniem plūstošo upju ūdens resursus. Piemēram, Himalaju ledāji ir svarīgs ūdens resurss liela Dienvidāzijas reģiona ekosistēmām un būtībā nodrošina šo reģionu lauksaimniecību.

Tā kā globālās sasilšanas dēļ strauji kūst arktiskie ledāji, pamazām ceļas pasaules okeāna ūdens līmenis. Applūšanas riskam tiek pakļautas lielas kontinentu piekrastes un salu teritorijas, piemēram, Nīlas delta un Maldivu salas. Tam būs negatīva ietekme uz piekrastes mitrājiem – mangrovēm, kuras veido koku sugas, kas sakņojas jūras piekrastes dibenā un kuru lapotnes atrodas virs ūdens. Tiek prognozēts, ka 20% no tām izzudīs. Tas savukārt pastiprinās krastu eroziju vētru laikā, jo mangrovu audzes darbojas kā savdabīgs viļņu buferis. Tā izzušana vēl vairāk veicinās jūru ūdeņu ieplūšanu dziļāk iekšzemē un līdz ar to notiks radikālas izmaiņas applūstošo teritoriju ekosistēmās – praktiski tiks iznīcināta lauksaimniecība plašās piekrastes teritorijās.
Joprojām zinātnieku rīcībā ir maz reālu datu par augu un dzīvnieku sugu izplatības un skaita izmaiņām. Kopumā tiek uzsvērts, ka augu, kukaiņu, putnu un zivju izplatības areāli ir paplašinājušies uz ziemeļiem un augstkalnu rajoniem.

Kritiska situācija veidojas arktisko reģionu iemītniekiem. Izpētīts, ka pēdējos gadu desmitos leduslāču izplatības areāls atvirzījies tālāk uz ziemeļiem – vietām, kur jūru visu gadu klāj ledus. Izmantojot ģenētiskās analīzes metodes, ASV pētnieki ir kartējuši leduslāču migrācijas ceļus (6.6. att.). Agrāk lāči dzīvojuši četros dažādos apgabalos plašā teritorijā, taču kopš pagājušā gadsimta beigām biežāk uzturas vienā daudz mazākā reģionā Kanādas ziemeļrietumos.

(Pēc Peacock E., Sonsthagen S.A., Obbard M.E., Boltunov A., Regehr E.V., et al. (2015) Implications of the Circumpolar Genetic Structure of Polar Bears for Their Conservation in a Rapidly Warming Arctic.
PLoS ONE 10(1): e112021. doi:10.1371/journal.pone.0112021
http://127.0.0.1:8081/plosone/article?id=info:doi/10.1371/journal.pone.0112021c)

No bezmugurkaulniekiem sauszemes ekosistēmās vispilnīgākie dati ir par tauriņu sugu skaita un izplatības areālu izmaiņām Lielbritānijā. Temperatūrai paaugstinoties, daudzu tauriņu sugu izplatības areāli ir pavirzījušies uz ziemeļiem un līdz ar to ziemeļu reģionos sugu daudzveidība ir pieaugusi. Tomēr kopumā tā ir pieaugusi uz eiribiontu rēķina (tās ir sugas ar plašiem tolerances diapazoniem pret vitāli svarīgiem vides faktoriem), kamēr daudzas stenobiontas sugas ar šauriem tolerances diapazoniem to nespēj, jo tām šajās teritorijās vienkārši nav piemērotu dzīvotņu. Tādējādi Lielbritānijas tauriņu sugu biokopās sāk dominēt eiribiontās sugas un šo sabiedrību struktūra kļūst teritoriāli viendabīga. Spānijā tauriņu sugu daudzveidība ir samazinājusies, izņēmums ir augstkalnu rajoni. Dažas sugas ir paplašinājušas izplatību kalnos. Taču kopumā tauriņu sugu daudzveidība Spānijas dienvidos ir samazinājusies.

Konstatētas ar klimata pasiltināšanos saistītas ūdens bezmugurkaulnieku struktūras izmaiņas Ronas upē: termofilie ūdens dzīvnieki ir aizstājuši auksto ūdeņu iemītniekus. Pēdējos gados ilgstošo sausuma periodu laikā Dienvideiropas upes bieži vien cieta no ūdens trūkuma. Vidusjūras reģionā upēs dominēja bezmugurkaulnieku sugas, kurām raksturīga augsta izplatīšanās spēja un kuras noteiktos apstākļos varētu ātri kolonizēt arī mērenās joslas upes gadījumā, ja turpmāko klimata izmaiņu dēļ izzustu tām raksturīgie ūdens dzīvnieki.

Līdz šim ir ļoti maz datu par netiešo klimata izmaiņu ietekmi uz dzīvajiem organismiem. Piemēram, konstatēts, ka tauriņu suga Aporia crataegi (6.7. att.) nespēj pārvarēt savu augšējo izplatības robežu Spānijas kalnos, jo tās barības augs vilkābele neaug augstāk par 1800 m virs jūras līmeņa. Mainoties sugas izplatības areālam, dažkārt var novērot īslaicīgu tās savairošanos jaunajās vietās, kamēr šeit vēl nav nokļuvuši tās dabiskie ienaidnieki, kas cenšas sekot savam barības objektam pa pēdām. Taču šāda rakstura parādības ir visai grūti pierādīt, jo attiecībā uz bezmugurkaulniekiem, arī daudzām kukaiņu sugām, viņu dabiskie ienaidnieki zinātniekiem vēl nav zināmi.



Avots – https://www.flickr.com/photos/gnilenkov/9052248188_46c42afea3_o.jpg
Attēls izmantots saskaņā ar Creative Commons licenci.

Konstatēts, ka spāres ir pagarinājušas savu aktīvās lidošanas periodu, pavasarī izlidojot agrāk un vasaras beigās turpinot lidot ilgāk. Līdzīgs aktīvās sezonas „pagarinājums” novērots daudziem kukaiņiem, to skaitā tauriņiem, siseņiem, sienāžiem un lapsenēm.

Klimata pasiltināšanās ir nopietni skārusi okeāna ekosistēmas, it īpaši koraļļu rifus. Koraļļu rifi ir viena no sugu ziņā bagātākajām planētas ekosistēmām. Rifos dzīvo aptuveni ceturtā daļa visu okeānos sastopamo sugu, to skaitā 5000 zivju un 1000 koraļļu sugu. Koraļļu attīstībai nepieciešami dzidri, saules gaismas caurausti ūdeņi, kas bagāti ar kalcija karbonātu. Koraļļi ir stenotermi dzīvnieki, kuru temperatūras optimuma zona ir no +25 līdz +29 °C. Temperatūrai paaugstinoties, koraļļi iet bojā. Dzīvniekiem atmirstot, paliek to veidotie baltie kaļķa skeleti, tādēļ koraļļu masveida atmiršanaas parādību dēvē par koraļļu izbalēšanu (6.8. att.). 1998. gadā, kas reģistrēts kā līdz šim karstākais gads, okeānos aizgāja bojā aptuveni 16% koraļļu rifu. Jāatzīmē, ka koraļļi, veidojot savu kaļķa skeletu, piesaista ievērojamu daudzumu okeāna ūdenī izšķīdušā CO₂, tādējādi mazinot siltumnīcas efektu. Tādēļ koraļļu nozīme oglekļa piesaistīšanā pasaules okeānā ir salīdzināma ar mežu nozīmi uz sauszemes.



Avots – https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/9/90/Keppelbleaching.jpg

Jūras temperatūras paaugstināšanās var ietekmēt ūdens dzīvniekus arī netieši, veicinot slimību un parazītu izplatības pieaugumu. Vidusjūrā tika novērota jūras dibena iemītnieku, to skaitā sūkļu un gorgoniju masveida bojāeja kādas patogēnās baktērijas ietekmē, kas savairojās uz ūdens pasiltināšanās fona.