6. Klimatisko faktoru ietekme uz dzīvajiem organismiem

Saprotot to, ka klimata izmaiņu dēļ biosfērā jau parādījušās izmaiņas, ko šobrīd vairs nevar noliegt pat skeptiķi, cilvēku sabiedrība arvien uzstājīgāk uzdod jautājumus pētniekiem par nākotnē sagaidāmajām prognozēm, arī attiecībā uz biodaudzveidības transformāciju. Prognožu izstrādāšanas pamatā ir ekspertu vērtējumi un matemātiskie modeļi. Attiecībā uz biodaudzveidības izmaiņām ļoti noderīgi būtu tādi modeļi, kas dotu iespēju prognozēt sugu areālu izmaiņas, norādot uz draudiem lauksaimniecībai, mežsaimniecībai, veselības aizsardzībai un dabas aizsardzībai konkrētā reģionā. Matemātiskā modeļa vērtība ir precizitātē, ar kādu tas apraksta modelējamo parādību. Tādējādi, lai izveidotu šādu modeli,
Līdz ar to modelēšana kā instruments prognožu izstrādāšanai par sugu areālu izmaiņām klimata pasiltināšanās ietekmē būtībā ir iespējama tikai par labi izpētītām sugām. Tādas sugas ir starp kokaugiem, tauriņiem, abiniekiem, rāpuļiem un putniem.
Koku sugu izplatīšanās spēja ir atkarīga no vairākiem faktoriem. Kā viens no nozīmīgiem faktoriem ir minamas sēklu īpašības. Kokiem ar mazām sēklām, kuras izplata vējš, raksturīga augsta izplatīšanās spēja, turpretī sugas ar smagām sēklām, ko pārvieto dzīvnieki vai ūdeņi, izplatās relatīvi lēni. Apšu un kārklu sīkās sēklas ar gaisa masām var izplatīties pat simtiem kilometru tālu. Arī kļavu sēklas var pārvietoties vairākus kilometrus. Ņemot vērā kokiem raksturīgo lielo sēklu skaitu, arī sugas ar smagākām sēklām, kuras pārnes putni un zīdītāji, spēj migrēt ievērojamā attālumā. Tomēr, vērtējot sugu migrāciju vēsturi, šķiet, ka galvenais faktors koku sugu pārvietošanā ir cilvēks.

Lai prognozētu mežu kokaugu sastāva izmaiņas, Eiropā ir izveidoti vairāki matemātiskie modeļi. Vairums no tiem paredz, ka tuvāko 60 gadu laikā nemorālo sugu izplatības areāli paplašināsies uz ziemeļiem, izspiežot ziemeļu sugas, arī parasto priedi. Šīs prognozes balstītas uz klimata izmaiņu scenārijiem, kas paredz temperatūras paaugstināšanos Ziemeļeiropā un ilgākus sausuma periodus Centrāleiropā. Tādējādi sagaidāms, ka tuvākajās desmitgadēs notiks koku sugu nomaiņa. Eiropas dienvidu daļā izplatīsies Vidusjūras reģionam raksturīgas koku sugas.

Eiropas tauriņiem izstrādāts klimata riska atlants. Tas prognozē 294 tauriņu sugu izplatību pēc trim klimata pasiltināšanās scenārijiem. Pieņemot, ka līdz 2080. gadam vidējā temperatūra pieaugs par 2,4 °C, 140 sugām paredzama izplatības areālu samazināšanās vairāk nekā par 50%, bet 9 sugām vairāk nekā par 95%. Ja temperatūras pieaugums būs 4,1 °C, sagaidāmais iznākums ir vēl skarbāks – 229 sugām izplatības areāli saruks par 50%, bet 70 sugām par 95%, kas praktiski nozīmē to, ka tās atrastos uz izmiršanas robežas. Modeļa autori papildus mēģinājuši prognozēt izplatību 15 no 23 ar Bernes konvenciju aizsargātām tauriņu sugām. Šīs konvencijas mērķis ir aizsargāt savvaļas floru un faunu un to dabiskās dzīvotnes, īpaši tās sugas un dzīvotnes, kuru aizsardzībai nepieciešama vairāku valstu sadarbība. Deviņām no tām klimata izmaiņu radītais risks izrādījās augsts vai ļoti augsts. Jāatzīmē, ka precīzākus rezultātus modelēšana var dot par plašāk izplatītām tauriņu sugām. Stenobiontiem, kam raksturīga mozaīkveida izplatība, to prognozēt tikai pēc temperatūras izmaiņām nav iespējams. Šajā gadījumā to izdzīvošana ir atkarīga no piemērotu dzīvotņu vai barības augu sastopamības, uz kuriem attīstās šo sugu kāpuri. Taču, ja attālumi starp teritorijām ar sugām piemērotiem dzīves apstākļiem pārsniedz 10–50 km, sugu pārcelšanās uz tām kļūst neiespējama. Astoņām no atlikušajām Bernes konvencijā minētajām sugām modelēšana netika veikta vispār, jo tās ir endēmas, proti, sastopamas nelielās teritorijās uz salām vai kalnu nogāzēm. Līdz ar to tām nav kur atkāpties, ja klimata izmaiņas kļūst turpmākai eksistencei nelabvēlīgas.

Tiek prognozēts, ka klimata izmaiņas apdraud arī vairākas citas Bernes konvencijas sarakstā ietilpstošās kukaiņu sugas. Pie tām pieder, piemēram, lielais ozolu koksngrauzis, Cerambix cerdo (6.9. att.), kura kāpuru attīstībai nepieciešami lieli izretināti augoši koki, kādi dažviet veido Eiropas retmežu ganību ainavu, lapkoku praulgrauzis Osmoderma barnabita (6.10. att.), kas sastopams tikai vecu ozolu audzēs un kurš nespēj veikt tālas migrācijas. Abas minētās sugas ir īpaši aizsargājamas un ietvertas arī Latvijas Sarkanajā Grāmatā.

6.9. att. Lielais ozolu koksngrauzis Cerambix cerdo.

Avots – https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Cerambyx_cerdo#/media/File:Cerambyxcerdo_fg03.jpg

6.10. att. Lapkoku praulgrauzis Osmoderma barnabita.

Avots – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Osmoderma_eremita_no.jpg

Tauriņu izplatības modelēšanā nav iespējams ņemt vērā visus vides faktorus, piemēram, vides piesārņojumu, kas sugu izplatību var būtiski mainīt. Tā, piemēram, slāpekļa piesārņojuma telpiskais sadalījums Ziemeļeiropā korelē ar to tauriņu sugu populāciju samazināšanos, kuru kāpuru attīstība notiek pavasarī. Tika izteikta hipotēze, ka slāpekļa piesārņojums saistībā ar ilgāku veģetācijas periodu ir radījis izmaiņas augu sugu savstarpējā konkurencē. Dažu augu pastiprināta augšana izraisīja siltu, nenoēnotu dzīvotņu sarukumu, kas pasliktināja šo sugu kāpuru attīstības apstākļus. To, cik liela ir vides piesārņojuma kā papildu faktora nozīme klimata ietekmes pastiprināšanā vai pavājināšanā, liecināja pētījumi par upju bezmugurkaulniekiem Lielbritānijā. Analīze parādīja, ka šie organismi varētu vieglāk pārciest klimata izmaiņas, ja vien tiktu novērsts ūdens piesārņojums.

Līdzīgs atlants ir izveidots par Eiropas ligzdojošo putu klimatisko nišu izmaiņām. Modelis pārbaudīts uz esošajiem ligzdojošo putnu atlanta datiem, tādēļ lielākajai daļai sugu konstatēta ļoti laba atbilstība starp modelēto un reālo sugas izplatību. Veikta sugu klimatisko nišu prognozēšana, iegūstot kartes, kas rāda to iespējamo izplatību 21. gs. beigās. Modelis izstrādāts trim scenārijiem – vidējai, pesimistiskai un optimistiskai prognozei. Pēc vidējās prognozes Eiropas putnu izplatības areāli pārvietosies uz ziemeļaustrumiem vidēji par 550 km, turklāt tie samazināsies caurmērā par 20%. Pēc vidējā scenārija tagadējās un prognozētās klimatiskās nišas ģeogrāfiski nepārklāsies 21 sugai, bet 10 sugām tās nepārklāsies nevienā no scenārijiem. Tas nozīmē, ka šo sugu izzušanas varbūtība ir ļoti liela. Diemžēl modeļi, līdzīgi kā tauriņu gadījumā, var nodrošināt prognozes, balstoties vienīgi uz temperatūras un nokrišņu/iztvaikošanas attiecību datiem, bet neņem vērā sugu prasības pēc citiem ekoloģiskajiem faktoriem, piemēram, sugas izplatīšanās spēju, stāvokli sugu ziemošanas vietās un uz migrācijas trasēm.

Abinieku un rāpuļu izplatības modelēšana veikta vairākos pētniecības projektos gan globālā, gan reģionālā mērogā. Atšķirībā no putniem un kukaiņiem (daudzi no tiem spēj veikt pārlidojumus ievērojamos attālumos, tādējādi kaut daļēji izmantojot spēju migrēt, lai izvairītos no nelabvēlīgām klimata izmaiņām savās dzīves vietās) abinieku un rāpuļu migrācijas iespējas ir ļoti ierobežotas. Tādēļ šajā gadījumā vairāk jārunā nevis par izplatības robežu pārbīdīšanos, bet gan par to sašaurināšanos un sugu izmiršanu. Starptautiska pētnieku grupa veica abinieku globālās izplatības modelēšanu. Pavisam tika izmantoti dati par 5527 sugām. Vienlaikus ar klimata izmaiņām abinieku populācijas visā pasaulē īpaši ietekmē dzīvotņu degradācija lauksaimniecības un mežsaimniecības pasākumu dēļ, vides piesārņojums un hitridiomikoze – abinieku slimība, ko izraisa parazītiska sēne Batrachochytrium dendrobatidis, kas izraisa abinieku masveida bojāeju bez jebkādiem ārēji redzamiem simptomiem. Daudzos planētas reģionos šie faktori mijiedarbojas. Tādēļ modeļa autori apskata visu šo trīs faktoru iedarbību uz pasaules abinieku populācijām. Tika konstatēts, ka vislielākās negatīvās izmaiņas notiks Āfrikā, Dienvidamerikas ziemeļu daļā un Andu piekalnēs. Tie ir reģioni ar visbagātāko abinieku faunu un tur arī tiek prognozēti vislielākie zaudējumi. Tiek prognozēts, ka līdz 2080. gadam izmirs 73% no visām zināmajām abinieku sugām.Hitridiomikozes izplatības sakarā modeļa autori īpaši norāda uz mērenā klimata joslas zemēm.

Spāņu autoru grupa veikusi vairāku modeļu salīdzinošo analīzi attiecībā uz abinieku un rāpuļu izplatību Eiropā. Lai gan pētnieki atzīst abinieku ierobežotās migrācijas iespējas, viņi tomēr uzskata, ka klimata pasiltināšanās, pieņemot, ka nesamazinās pieejamā ūdens daudzums, varētu veicināt abinieku izplatības robežu pārbīdīšanos ziemeļu virzienā. Gan abinieki, gan rāpuļi ir poikilotermi (aukstasiņu) organismi, kuru attīstībai būtisks ir siltums. Pēc spāņu pētnieku veiktās analīzes rezultātiem, nelabvēlīgākie vides apstākļi klimata pasiltināšanās gadījumā veidosies Dienvidrietumeiropā, bet labākie – Dienvidaustrumeiropā.

Angļu pētnieki veikuši abinieku un rāpuļu izplatības analīzi Lielbritānijas teritorijai pēc abu minēto modeļu rezultātiem. Projicējot globālā modeļa rezultātus uz Lielbritānijas teritoriju, viņi secinājuši, ka krupju un varžu sugu skaits šajā zemē līdz 2080. gadam varētu samazināties par 30–70%, bet salamandru un tritonu sugu skaits par 60–80%. Tai pašā laikā spāņu pētnieku prognozes Lielbritānijai izrādījušās optimistiskākas: 26% abinieku un 44% rāpuļu sugu izplatība varētu pat palielināties, un tikai 5% abinieku un 5% rāpuļu sugām tā varētu samazināties. Tik radikāli atšķirīgas prognozes lika angļu pētniekiem izstrādāt savu abinieku un rāpuļu izplatības reģionālos modeļus tieši Lielbritānijas teritorijai. Kā papildus faktors, veidojot šos modeļus, tika ņemts vērā vides piesārņojuma līmenis: pirmais scenārijs, pastāvot zemam, bet otrs – augstam piesārņojuma līmenim. Modelēšanas rezultāti izrādījās līdzīgāki spāņu variantam. Pastāvot zemam vides piesārņojuma līmenim, 9 no 13 modelētajām abinieku un rāpuļu sugām varētu saglabāt vai pat paplašināt savu izplatības areālu. Tikai 4 sugas varētu saglabāt vai paplašināt savu izplatību, pastāvot abiem scenārijiem. Taču, pastāvot augstam piesārņojuma līmenim, vairumam sugu izplatība ievērojami samazinātos.

Papildus atzīmēts, ka, izstrādājot prognozes, jāņem vērā arī starpsugu attiecības, to skaitā plēsēja – upura attiecības, kas pastāv starp daudzu rāpuļu un abinieku sugu populācijām. Turklāt pastiprināta uzmanība jāpievērš tām sugām, kas dažādu iemeslu dēļ (pārsvarā cilvēku ievestām un ievazātām sugām), mainoties klimatam, ir ienākušas un jau naturalizējušās Lielbritānijas faunā. Tādas ir divas varžu un viena krupju suga, kā arī pa vienai tritonu, ķirzaku un čūsku sugai.

Pēc ekspertu vērtējuma tiek prognozēts, ka 2–30% no pašreiz zinātnei pazīstamajām augu un dzīvnieku sugām nespēs pielāgoties vidējās temperatūras pieaugumam un tās izraisītajām pārmaiņām to dabiskajās dzīvotnēs. Šīs pārmaiņas visvairāk skars polāros zīdītājus – leduslāčus, roņus, valzirgus un putnus, it īpaši pingvīnus, kuriem ir ierobežotas migrācijas iespējas. Nākamo 50 gadu laikā leduslāču populācija varētu samazināties par divām trešdaļām. Apdraudēti ir arī okeānu iemītnieki. Ūdens sasilšana okeānā ir sasniegusi 700 m dziļumu. Daudzi jūras zīdītāji optimāli jūtas vēsākos ūdeņos, tādēļ tie tiks atspiesti uz okeāna ziemeļu rajoniem. Aizejot bojā koraļļu rifiem, izmirs arī tie organismi, kas ir saistīti ar tiem barības ķēdē – dažādi bezmugurkaulnieki un zivis. Pēdējo skaita samazināšanās katastrofāli ietekmēs okeāna piekrastes un salu zvejniecību.

Mainoties temperatūrai, mainās augsnes mikroorganismu sugu sastāvs un skaitliskās attiecības – siltākos laika apstākļos mikroorganismi var aktīvi darboties ilgāk. Tādēļ gaisa temperatūras paaugstināšanās palielina augsnes organisko vielu noārdīšanas intensitāti un arī CO₂ izdalīšanos. Kūdrai žūstot, tās sadalīšanās process notiek straujāk un CO₂ izdalīšanās intensitāte pieaug. Šajā procesā producētais siltumnīcas efekta gāzu daudzums varētu būt samērojams ar rūpniecības un transporta emitēto gāzu daudzumu. Īpaši liels drauds šajā ziņā ir mūžīgā sasaluma atkušana simtiem tūkstošu kvadrātkilometru lielās teritorijās Sibīrijā un Aļaskā, kur kopš pēdējā ledus laikmeta uzkrāti 70 miljardi tonnu oglekļa, kas sāks izdalīties atmosfērā, sasalumam atkūstot.

Kopumā tiek prognozēts, ka klimata pasiltināšanās radītās izmaiņas pamatā sekmīgāk pārdzīvos sugas, kurām raksturīgi augsti vairošanās tempi un kosmopolītiska izplatība.