6. Klimatisko faktoru ietekme uz dzīvajiem organismiem

Saskaņā ar 5. novērtējuma ziņojumu Starpvaldību ekspertu grupas klimata pārmaiņu analīzei (IPCC) klimata pārmaiņas pēdējos 30 gados ir samazinājušas pasaules lauksaimniecības produkciju par 3–15%. Nesen veiktie pētījumi rāda, ka, globālajai temperatūrai pieaugot tikai par 2 °C, sagaidāma katastrofāla lauksaimniecības produkcijas samazināšanās, it īpaši tropu reģionos.

Klimata izmaiņu ietekmē notiek mājdzīvnieku un kultūraugu slimību ierosinātāju un parazītu migrācija pāri ģeogrāfiskajām un valstu robežām, apdraudot pārtikas ražošanu un drošību. Lai ierobežotu tādu slimību kā putnu gripas, mutes un nagu sērgas izplatīšanos, valstīm jātērē ievērojami līdzekļi. Angļu zinātnieki, analizējot augu kaitēkļu un slimību izplatību, konstatējuši, ka vairumam no tiem kopš 1960. gada izplatības robežas intensīvi pārbīdās virzienā no ekvatora zemeslodes polu virzienā ar vidējo ātrumu 3,2 km gadā. Vienlaikus tiek atzīmēta strauja jaunu formu veidošanās vienas sugas robežās. Tā, piemēram, rīsu puves ierosinātāja sēne Magnaporthe grisea, kas izplatīta daudzās dienvidu valstīs, ir pielāgojusies dzīvei arī uz kviešiem un tādējādi Brazīlijā kļuvusi par nopietnu lauksaimniecības problēmu. Ja graudaugu kaitēkļu uzvaras gājiens turpināsies tas radīs nopietnus draudus pasaules pārtikas drošībai, īpaši tāpēc, ka Zemes iedzīvotāju skaits palielinās. Pastāv liela varbūtība, ka kāda jauna vai ievazāta augu slimība varētu pilnībā iznīcināt vienu no trim svarīgākajām pasaules graudaugu kultūrām – rīsus, kviešus vai kukurūzu. Jau ir konstatējami šādas iespējas pirmie signāli – kviešu dzeltenā rūsa Puccinia striiformis (6.11. att.), kas iznīcina šīs kultūras sējumus Āfrikā, jau ir paguvusi iespiesties gandrīz visās kviešu audzētājās zemēs.



Avots – https://en.wikipedia.org/wiki/Wheat_yellow_rust#/media/File:Stripe_rust.jpg

Eiropā līdz šim jau uzskaitītas 11 kukaiņu sugas – lauksaimniecības augu kaitēkļi, kuru izplatību ir veicinājusi galvenokārt klimata pasiltināšanās. Piemēram, Helicoverpa armigera – tauriņš, kura kāpuri agrāk bija pazīstami vairāk kā kokvilnas kaitēkļi zemēs, kur šo kultūru audzē, šobrīd ir izplatījies vairākās Eiropas valstīs, arī Lielbritānijā, Austrijā un Vācijā, kur uzbrūk 120 dažādām kultūraugu sugām, to skaitā tomātiem, pupām, kartupeļiem, lucernai, kukurūzai, tabakai u.c. Līdzīgs izplatības pieaugums ir divām bruņutu sugām: Icerya purchasi (6.12. att.), kas šobrīd konstatēta uz 50 dažādām augu sugām, un Chloropulvinaria floccifer, kas agrāk bija pazīstama kā dažādu kultūraugu kaitēklis Vidusjūras reģiona valstīs, bet pašlaik ir palielinājusi izplatības areālu Eropā uz ziemeļiem un sastopama uz 34 dažādu dzimtu augiem. Piemēram, Zviedrijā šī suga līdz šim bija konstatēta kā siltumnīcu kaitēklis, bet šobrīd ir jau sastopama āra apstākļos.


Avots – https://en.wikipedia.org/wiki/Icerya_purchasi#/media/File:Icerya_purchasi_1435060.jpg

2015. gada jūnijā Londonas centrā parādījās ozolu kaitēkļa – kodes Thaumetopoea processionea kāpuru sakopojumi, kuri nekavējoties tika savākti un iznīcināti. Cilvēki tika brīdināti, ka kāpuru ķermeņa viegli lūstošie sariņi ieduras ādā un rada nopietnus iekaisumus, tādēļ jābūt īpaši uzmanīgiem, tiem pieskaroties. Līdz šim šī suga bija sastopama Dienvideiropā un Centrālajā Eiropā, bet pēdējos gados reģistrēta Lielbritānijā, Zviedrijā, Nīderlandē, Beļģijā un Dānijā. Kodes savairošanās ziemeļu reģionos ir notikusi tāpēc, ka sinhronizējies olu izšķilšanās laiks ar vēlo pavasara salnu iestāšanās laika pārbīdi.

Vaboles – dzeltenās priedes lūksngrauža Dendroctonus ponderosae savairošanās Ziemeļamerikas ziemeļrietumu reģionos tiek skaidrota ar siltākām ziemām, kas veicina kukaiņu izdzīvošanu zem koku mizas, kā arī ar ilgstošiem sausuma periodiem vasarās, kas novājina kokus un līdz ar to pakļauj tos kaitēkļu uzbrukumiem. Vabole ir paplašinājusi izplatības robežas ne tikai uz ziemeļiem, bet arī augstkalnu zonā, vietās, kur tā nekad agrāk nebija sastopama.

Japāņu zinātnieki ziņo par 40 tauriņu sugu izplatības robežu pavirzīšanos uz Japānas ziemeļiem. Šajā procesā bija novērojamas specifiskas starpsugu konkurences izpausmes. Kāds tropu un subtropu augu kaitēklis – tauriņš Nezara viridula, pamazām virzoties uz Japānas ziemeļiem, izkonkurējis tur mērenā klimata reģioniem raksturīgo radniecīgo sugu Nazara antennata.

Klimata izmaiņas ir uzskatāmas par vienu no galvenajiem faktoriem augu kaitēkļu un mājdzīvnieku slimību, kā arī invazīvo ūdens organismu pārrobežu izplatībā pasaulē. Tomēr nevar noliegt, ka šajā procesā ļoti būtisks faktors ir arī starptautiskā tirdzniecība un transports. Augu un dzīvnieku sugas uz planētas ir nevienmērīgi izplatītas, to migrāciju ierobežo dažādas ģeogrāfiskās barjeras, piemēram, kalnu grēdas, jūras un tuksneši. Cilvēku ceļošanas aktivitātes straujais pieaugums, kā arī augu stādāmā materiāla un mājdzīvnieku pārvietošana starp valstīm un kontinentiem, neraugoties uz daudzās valstīs pieņemtajiem stingrajiem ievedamo nedzīvo un dzīvo kravu kontroles un karantīnas noteikumiem, šīs ģeogrāfiskās barjeras praktiski ir nojaukusi. Līdz ar to, dzīvajiem organismiem nonākot teritorijās, kur tie līdz šim nav bijuši, to iedzīvošanās ir atkarīga no spējām izdzīvot un uzsākt vairošanos. Daudzos gadījumos tas tiem ir lieliski izdevies, radot lielus finansiālus zaudējumus valstīm, kur tas ir noticis. Pietiek minēt, piemēram, mutes un nagu sērgu Ziemeļeiropā un Dienvidamerikā, cūku mēri Eiropā, Rifta ielejas drudzi Āfrikā, kafijas krūmu lapu rūsu Hemileia vastatrix (6.13. att.), kas izplatījusies visās pasaules kafijas audzētājās zemēs, sojas rūsu Phakopsora pachyrhizi Amerikā un citrusu tristeza (spāņu val. skumjas) vīrusslimību, kas pieder Closterovirus ģintij, Dienvidamerikā un Vidusjūras reģionā.

Avots – https://en.wikipedia.org/wiki/Hemileia_vastatrix#/media/File:Hemileia_vastatrix_-_coffee_leaf_rust.jpg

Turklāt mūsdienās visai bieža kļūst jaunu slimību formu parādīšanās. Tas saistīts ar jaunu pārnēsātāju ieslēgšanos slimību cirkulācijas ciklos, jaunu ģenētisku rekombināciju veidošanos uz jaunu saimniekaugu vai dzīvnieku šķirņu bāzes, kā arī tad, kad kaitēkļi un to pārnēsātāji nonāk teritorijās, kur tiem nav dabisko ienaidnieku, kas varētu bremzēt to savairošanos.

Sagaidāms, ka klimata izmaiņas īpaši ietekmēs to vīrusslimību izplatību, kuras mājdzīvnieku populācijās pārnēsā kukaiņi. Ir iegūti pārliecinoši pierādījumi, ka klimata pasiltināšanās ir izraisījusi, piemēram, tādas slimības izplatību vairākās mērenā klimata zemēs kā „zilā mēle” atgremotājdzīvniekiem,. Šo slimību pārnēsā asinssūcēji divspārņi – miģeles. Arī Rifta ielejas drudža izraisītājus pārnēsā dzēlējodi un, mainoties ekoloģiskajai situācijai, nav izslēgta šīs slimības „pārcelšanās” uz mērenās joslas zemēm. Nevar izslēgt jaunu slimību pārnēsātāju, kā arī jaunu saimnieku ieslēgšanos slimību ierosinātāju cirkulācijas ciklos. Netiešo ietekmju komplekss, ko radījusi klimata pasiltināšanās uz mājlopu slimību attīstību, var būt visai sarežģīts. Šobrīd aktuālais Āfrikas cūku mēris cirkulē starp mājas un meža cūku populācijām. Taču nesen šis vīruss ir atklāts ziloņroņu populācijā, kas mājo Kalifornijas piekrastē. Šie dzīvnieki gan neslimo, bet ir vīrusa nēsātāji, un pētniekiem nav skaidrs, kāds ir šīs invāzijas mehānisms.

Ļoti sarežģīta situācija attiecībā uz lauksaimniecības dzīvnieku slimībām un jaunu to formu parādīšanās varbūtību, protams, ir jaunattīstības valstīs. Tomēr, klimatam pasiltinoties, tieši mērenā klimata zonas valstis izjutīs pastiprinātu kukaiņu pārnēsāto slimību un parazītu invāzijas izplatīšanos. Īpaši bīstama ir tā saukto arbovīrusu parādīšanās mūsu platuma grādos. Šo vīrusu pārnēsātāji ir galvenokārt kukaiņi, to skaitā dzēlējodi, miģeles, asinssūcējas ērces, blusas u.c. Kamēr tie cirkulē dabiskajās ekosistēmās, savvaļas dzīvniekiem tie parasti problēmas nerada, jo ilgstošā evolūcijas procesā dzīvniekiem ir izstrādājusies imunitāte. Tropiskās joslas zemēs šo vīrusu dabiskais rezervuārs ir sikspārņi, putni, grauzēji, kā arī citi dzīvnieki. Taču ar minētajiem asinssūcējiem šie vīrusi visai viegli nokļūst arī cilvēka organismā, kur parādās to graujošā iedarbība – hemorāģiskie drudži, encefalīts un citas izpausmes, kuru sekas bieži vien ir letālas. Arbovīrusu daudzveidība un augstā pielāgošanās spēja dažādiem saimniekiem uz klimata pasiltināšanās fona būs 21. gadsimta globālā problēma gan lopkopībā, gan veselības aizsardzībā.

Paplašinoties teritorijām, kurās ir dzēlējodiem, knišļiem un citiem asinssūcējiem divspārņiem, kā arī asinssūcējām ērcēm labvēlīgi klimatiskie apstākļi, izplatīsies arī šo kukaiņu pārnēsātās slimības, piemēram, malārija, leišmanioze, Denges drudzis un citas slimības. Daži aprēķini liecina, ka 2080. gadā Denges drudzis apdraudēs jau 5–6 miljardus cilvēku. Latvijā līdz šim reģistrēti vairāki ievesti Denges drudža gadījumi (slimnieks ar to inficējies tropiskajās valstīs).

Izmaiņas mājlopu infekcijas slimību izplatībā uz klimata pasiltināšanās fona ir atkarīgas no dažādu blakus faktoru tiešas un netiešas ietekmes. Blakus faktori var būt slimību pārnesēju kukaiņu populāciju skaits un telpiskais sadalījums, pārnesēju kukaiņu dabisko ienaidnieku un konkurentu populāciju stāvoklis, saimniekorganismu – gan mājlopu, gan savvaļas sugu populāciju skaits un izplatība, sausums un citi faktori. Tā, piemēram, Austrumāfrikas ganību platībās ilgstoša sausuma apstākļos samazinās dzeramā ūdens dzīvniekiem pieejamo vietu skaits. Līdz ar to palielinās mājlopu koncentrācija atsevišķās vietās, un tie nonāk ciešākā saskarē ar savvaļas zālēdājiem.

Attiecībā uz augu kaitēkļiem līdzās temperatūras pieaugumam un nokrišņu daudzuma izmaiņām liela nozīme ir CO₂ koncentrācijai gaisā, jo šo gāzi augi uzņem kā barības vielu. Ne mazāka ietekme ir ekstrēmiem laikapstākļiem – vētrām un orkāniem, pašu kaitēkļu populāciju stāvoklim, to skaitā diapauzes jeb snaudošās stadijas ilgumam, paaudžu skaitam veģetācijas sezonā un citiem faktoriem.

Piemēram, kukurūzas kā lauksaimniecības kultūras izplatība mērenajā klimata zonā uz klimata pasiltināšanās fona izraisa arī sakņu kaitēkļa – vaboles Diabrotica virgifera virgifera savairošanos un izplatību. Vaboles kāpuri ieurbjas un nograuž kukurūzas saknes. Arī dažādas raibspārnmušu (dz. Tephritidae) sugas, kuru kāpuri ir ne tikai augu atlieku noārdītāji, bet bojā arī dažādus kultūraugus, klimatam pasiltinoties, izplatīsies uz ziemeļiem, it īpaši, ja netiks ievēroti fitosanitārijas un starptautiskās tirdzniecības noteikumi.

Temperatūras paaugstināšanās, protams, ir uzskatāma par būtisku priekšnoteikumu kaitēkļu un slimību izplatībā, taču ļoti svarīga ir arī kaitīgā organisma un saimniekauga savstarpējā mijiedarbība uz vides faktoru fona. ASV pētnieki iesaka augu slimību apskatīt kā triju faktoru – patogēna, saimniekauga un vides faktoru mijiedarbības rezultātu (6.14. att.).


Avots – Francl, L. J. 2001. The Disease Triangle: A plant pathological paradigm revisited. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-T-2001-0517-01

Pietiek izmainīties kaut vienam no minētajiem trim faktoriem, lai būtiski mainītos saslimstība. Vides faktori – temperatūra, mitrums un CO₂ ietekmē augu slimību attīstību dažādos veidos, tāpēc klimata izmaiņu ietekmi uz augu slimībām ir visai sarežģīti prognozēt. Pētījumi rāda, ka kultūraugu kviešu un auzu jutība pret mikroskopisko sēņu izraisītiem rūsu uzbrukumiem augstākās temperatūrās palielinās, bet dažām lopbarības zālaugu sugām, gluži otrādi, samazinās. Kopumā augu slimības izraisošām sēnēm optimālas ir mērenas temperatūras. Tādēļ tieši mērenā klimata zona, kurai raksturīgas relatīvi zemas vidējās gada temperatūras, klimatam pasiltinoties, kļūs piemērotāka patogēno mikroorganismu attīstībai. Piemēram, modeļi, kas prognozē kartupeļu un tomātu lakstu puvi, ko izraisa Phytophthora infestans, rāda, ka šīs sēnes attīstības temperatūras optimums ir no +7,2 līdz +26,8 °C. Ātrāka silta laika iestāšanās pavasarī varētu izraisīt augu agrāku saslimšanu un straujāku epidēmiju izplatību.

Mitrumam ir daudzveidīga ietekme gan uz saimniekaugu, gan patogēnu. Dažu sugu patogēnie organismi, piemēram, ābeļu kraupis, kartupeļu lakstu puve un daži sakņaugu patogēni, aktivizējas, palielinoties nokrišņu un mitruma daudzumam. Turpretī daži citi patogēni, piemēram, miltrasas, straujāk izplatās un vairojas, pastāvot mazākam vides mitrumam. Daži klimata prognožu modeļi paredz biežākus ekstremālu nokrišņu periodus, kas varētu radīt labvēlīgākus apstākļus dažu augu patogēnu attīstībai. Savukārt, saimniekaugu sugas, kas parasti cieš no sausuma, šādos apstākļos veidos bagātīgāku lapojumu, kas veicinās mitruma saglabāšanos piezemes atmosfēras slānī un līdz ar to nodrošinās labvēlīgākus apstākļus mitrumu mīlošo patogēnu attīstībai. Ja vienlaikus paaugstināsies temperatūra un atmosfēras mitrums, uzvaras gājienā mērenajā klimata joslā dosies daudzas dienvidu augu patogēnu sugas.

Arī CO₂ koncentrācijas palielināšanās atmosfērā var dažādos veidos ietekmēt gan patogēno organismu sugu, gan saimniekaugu attīstību. Eksperimenti ir parādījuši, ka, pastāvot augstākai CO₂ koncentrācijai, veidojas bagātīgāks un blīvāks augu lapojums, kas nodrošina mitrāku mikroklimatu un līdz ar to labākus apstākļus patogēno organismu attīstībai. Augstākas CO₂ koncentrācijas palēninās augu atlieku sadalīšanās ātrumu, tās ilgāk uzglabāsies augsnē un nodrošinās labākus patogēnu dīgļu pārziemošanas apstākļus un ātrāku to parādīšanos pavasarī. Augstākas CO₂ koncentrācijas veicina arī patogēno sēņu sporu intensīvāku producēšanu. Taču nav izslēgti arī gadījumi, kad ogļskābā gāze izraisa tādas fizioloģiskās izmaiņas saimniekaugā, kas palielina tā rezistenci pret patogēnu uzbrukumiem.

Klimata izmaiņas var radīt būtiskas problēmas mežsaimniecībā. Temperatūras paaugstināšanās mijiedarbībā ar tādiem vides faktoriem kā nokrišņu daudzums, vētras, plūdi, kā arī pašu koku jutības un konkurētspējas izmaiņas var kļūt par jaunu, postošu kokaugu slimību izplatības cēloni mērenajā un ziemeļu joslā. Daudzām patogēnajām sēnēm šīs izmaiņas veidos īpaši labvēlīgu vidi sporu producēšanai un izplatībai kokaudzēs. Šādos apstākļos patogēni var izvēlēties kā izplatītājas jaunas kukaiņu sugas un pārceļot uz jauniem saimniekaugiem. Atsevišķu sugu koku novājināšanās un bojāeja radīs strukturālas izmaiņas augu sabiedrībās un kokaugu sugu daudzveidības izmaiņas.

Vairākas patogēnās sēnes, kuru izplatību ietekmē siltāks laiks, jau atrastas Viduseiropas un Ziemeļeiropas valstīs. Piemēram, Mycosphaerella pini izraisa skuju sarkansvītraino plankumainību priedēm un palēnina to augšanu. Tā izplatās ar vēju un pārsvarā inficē priedes, bet ir konstatēta arī uz duglāzijām, lapeglēm un eglēm. Nereti vainaga bojājumi izraisa koka bojāeju. Sēnes izplatību ietekmē triju faktoru – mitruma, temperatūras un gaismas intensitātes mijiedarbība. Priežu rezistence pret sēnes izraisīto slimību ir atkarīga no priežu sugas un vecuma. Agrāk tika uzskatīts, ka šī slimība ir izplatīta tikai dienvidos un uz eksotiskām priežu sugām. Nesen tā konstatēta arī Latvijā.

Nepilnīgi pazīstamā sēne Sphaeropsis sapinea ir pazīstama kā izplatītākais skujkoku patogēns, kas rada nopietnus ekonomiskos zaudējumus eksotisko priežu sugu plantācijās Jaunzēlandē, Austrālijā un Dienvidāfrikā. Slimība ir sastopama arī Ziemeļamerikas centrālajā daļā un dienviddaļā ne tikai uz introducētām, bet arī uz vietējām skuju koku sugām. Nesen tā atrasta arī Igaunijā. Šīs sēnes izplatību veicina divu vides faktoru – sausuma un minerālvielu deficīta mijiedarbības radītais stress un straujāka koku augšana paaugstinātas temperatūras apstākļos.

Klimata pasiltināšanās radīs labākus apstākļus sakņu piepes Heterobasidion annosum s.l. (6.15. att.) attīstībai, jo to sporu produkcija palielinās temperatūrās virs +5 °C. Pagarināsies sporu veidošanās periods un līdz ar to koku inficēšanās iespējas, radot koksnes zaudējumus. Pēdējos gados aktivizējusies šīs piepes forma, kas spēj inficēt ne tikai skuju kokus, bet arī lapu kokus. Sagaidāms, ka intensificēsies arī vairākas agrāk par maznozīmīgiem patogēniem uzskatītas celmeņu Armillaria spp. sugas, kas varētu inficēt karstuma stresa novājinātus kokus. Gan melnalkšņus gan baltalkšņus apdraud patogēns Phytophthora alni, kas šobrīd intensīvi izplatās visā Eiropā. Šī patogēna izplatību lielā mērā veicina plūdi un ūdens vidējās temperatūras paaugstināšanās vasarā.


"Heterobasidion annosum – Lindsey" by James Lindsey at Ecology of Commanster. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Commons – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heterobasidion_annosum_-_Lindsey.jpg#/media/File:Heterobasidion_annosum_-_Lindsey.jpg

Kā papildu faktors kokaugu patogēno sēņu attīstībai jāmin koku kaitēkļi, kas ar savu darbību novājina kokus un paver ceļu infekcijai. Augstākas gaisa temperatūras labvēlīgi ietekmē daudzu kaitēkļu attīstību, to skaitā priežu koksnes nematožu un mizgraužu attīstību. Sagaidāma egles un priedes dendrofāgo kukaiņu populāciju masveida savairošanās, jo tās ir pamatā siltummīlošas, tolerantas pret karstumu. Ja notiks ievērojama temperatūras paaugstināšanās vidēji par 5 °C, sāksies strauja invazīvo kokaugu kaitēkļu sugu ienākšana mērenās un ziemeļu joslas zemēs. Šādu sugu aklimatizācijai sekotu to masveida savairošanās dabisko ienaidnieku trūkuma dēļ. Īpaši ciestu ekonomiski nozīmīgi lapu koki, piemēram, ozoli, bērzi, apses, oši un alkšņi, jo tikai uz šiem kokiem dzīvojošas lapgraužu sugas īpaši strauji attīstās temperatūrās, kas pārsniedz +25 °C.
Ņemot vērā klimata izmaiņu prognozes, kopumā 21. gs. visvairāk slimību un kaitēkļu apdraudēti mērenajā joslā būs skuju koki, bet vēlākajā laika periodā, ja klimata pasiltināšanās turpināsies, arī lapu koki.