Dużo się mówi o bioróżnorodności w mediach, a liczni publicyści podkreślają jej niepodważalną ich zdaniem wartość. Rzadko jednak dowiadujemy się z mainstreamu co ona dla nas znaczy oprócz romantycznego, duchowego, przyrodniczego i kulturowego waloru, który powinniśmy – zgodnie z powszechnym przekazem – zachować dla następnych pokoleń. Tymczasem istnieje sporo pragmatycznych powodów, przez które różnorodność biologiczna jest w zasadzie fundamentalna dla ekologicznej równowagi w biosferze i dla ludzkiej cywilizacji. Nie umniejsza to jej duchowej wartości. Wręcz przeciwnie – dodatkowo ją wspiera.

bioróżnorodność owady
Kadr z filmu animowanego „Król lew”



Czym jest bioróżnorodność?

Różnorodność biologiczna to wskaźnik zróżnicowania genetycznego, gatunkowego i ekosystemowego. Co to dokładnie oznacza? Bioróżnorodność genetyczna jest zbiorem genetycznych cech gatunków wynikających z wersji genów i innych sekwencji DNA. Są one podstawą różnorodności wewnątrzgatunkowej (odmienne umaszczenie futra, różna ekspresja genów kodujących białka przeciwutleniające czy biorące udział w metabolizmie lipidów, zmienny kształt uszu, cechy psychologiczne i wiele innych) oraz międzygatunkowej, będącej nasileniem tej pierwszej, prowadzącym do wyraźnej odrębności w zachowaniu, wyglądzie, metabolizmie, a także – co niezwykle istotne – rozmnażaniu. Na przykład wśród ssaków mamy do czynienia z rękami w formie płetw, skrzydeł, łap czy dłoni, a i dłoń szympansa i człowieka, delfina i płetwala, konia czy krowy różnią się między sobą. Owady mogą mieć dwie pary skrzydeł w różnych formach (np. błonkówki, w tym pszczoły), jedną parę skrzydeł i jedną parę pokrywek (jak chrząszcze), posiadać jedynie dwa skrzydła, gdyż dwa kolejne uległy redukcji (jak u muchy) albo nie posiadać ich wcale (np. pchły). Jedne gatunki prowadzą nocny tryb życia, inne dzienny. Towarzyskość i potrzeba nawiązywania kontaktów społecznych to kolejne cechy, które same w sobie są bardzo złożone. Z reguły różnice między wyższymi taksonami (między rodzinami, rzędami, gromadami czy typami) są bardziej wyraźne, aczkolwiek ewoluowanie w podobnych warunkach sprzyja powstawaniu podobnych cech u daleko spokrewnionych ze sobą gatunków (np. oczy głowonogów i delfinów).


Dla opisania różnorodności biologicznej w kontekście ekosystemów potrzebne jest kolejne drobne wyjaśnienie. Ekosystem to ożywione (biocenoza) i nieożywione (biotop) elementy oraz rozmaite interakcje między nimi, tworzące układ, w którym następuje przepływ i obieg energii, a także materii. Producenci, czyli rośliny i mikroorganizmy (lub ustroje symbiotyczne) wykorzystują „martwe” części systemu, takie jak fotony czy związki nieorganiczne, do produkcji materii organicznej. Autotroficzne mikroby i flora są pożywieniem dla konsumentów (heterotrofów): zwierząt, grzybów, części protistów (pierwotniaków). Znajdziemy tu oczywiście rozmaite wyjątki. Konsumenci sami w sobie też stają się źródłem składników odżywczych (w końcu jemy także grzyby i zwierzęta), ale nie są producentami, ponieważ nie mają wspomnianej wyżej umiejętności, jaką posiadają bakterie, glony i rośliny (fotosynteza lub chemosynteza materii organicznej z nieorganicznej lub ze światła). Na końcu (albo na początku) tego kręgu są reducenci – bakterie, grzyby, nicienie, pierścienice i inne zwierzęta (głównie bezkręgowe) – rozkładające materię organiczną.

tulipany bioróżnorodność
Tulipany

Podział ekosystemów nie jest ścisły. Możemy mówić o ekosystemach wodnych i lądowych, ale także naturalnych (np. las pierwotny) i sztucznych (np. ogródek). Bardziej dokładna klasyfikacja dotyczy ekosystemów leśnych i stepowych, morskich i słodkowodnych, nizinnych, wyżynnych i górskich, głębinowych, pelagicznych (otwarte wody) i przybrzeżnych. W kontekście geograficznym mówi się natomiast o biomach: obszarach charakteryzujących się pewnymi cechami ekosystemowymi. Wśród podstawowych biomów lądowych wyróżnia się m.in. lasy deszczowe, lasy strefy umiarkowanej, lasy górskie, lasy namorzynowe, tajgę (północne lasy iglaste), tundrę (podbiegunowy teren pokryty głównie mchami i porostami oraz krzewami), sawannę, busz, pustynie, półpustynie, pustynie lodowe. Do głównych biomów morskich należą: wody przybrzeżne, wody pelagiczne, wody głębinowe, wody raf koralowych. Różnorodność ekosystemów (między nimi i wewnątrz nich) to trzeci element składający się na różnorodność biologiczną.


W jaki sposób określa się stopień, rozmaitość lub ubogość bioróżnorodności? Biolodzy zajmujący się ekologią, ochroną przyrody czy ewolucją mają różne narzędzia pomiarowe. Najprostsze, ale bardzo niedokładne i ogólne, jest bogactwo gatunkowe – wskaźnik informujący jedynie o liczbie gatunków występujących na danym terenie. Jedną z popularniejszych technik jest określanie wskaźnika Simpsona. Do jego obliczenia potrzebne są następujące dane: liczba gatunków z badanego obszaru, liczebność wszystkich osobników wszystkich gatunków i liczebność osobników danego gatunku. Drugi szeroko uznawany sposób to wyliczenie wskaźnika Shannona-Wienera, mówiącego o prawdopodobieństwie wylosowania dwóch różnych gatunków z danej próby badanej. Istnieją też bardziej zaawansowane metody oceny stopnia różnorodności, w tym różnorodności filogenetycznej czy gatunkowej bioróżnorodności ekosystemowej.

różnorodność biologiczna pustynia
Pustynia Rub' al Khali; za: Nepenthes

Masowe wymierania i spadek oraz wzrost bioróżnorodności

Poziom bioróżnorodności gatunkowej i genetycznej, a także ekosystemowej zmienia się w czasie, tak samo jak tempo tych zmian. Przy szybszym spadku liczby gatunków, spowodowanym stosunkowo nagłymi zmianami w środowisku, naukowcy wyodrębniają masowe wymierania. Wciąż toczą się dyskusje na temat tego, ile ich dotychczas było. Najwięcej kontrowersji budzi tzw. szóste wymieranie, o którym za moment. Pierwsze wymieranie, o którym wiemy, miało miejsce w Ordowiku, ponad 400 milionów lat temu. Drugim było wymieranie dewońskie, które podobnie jak ordowickie, zabójcze było dla organizmów wodnych. Trzecie wymieranie – permskie – dotyczyło już również rozwiniętych form lądowych: owadów, płazów, gadów, widłaków, paproci i skrzypów. Pod koniec triasu wyginęły kolejne rzędy organizmów morskich i lądowych, a na końcu kredy miejsce miała zagłada dinozaurów. Ponieważ odległość czasowa jest tu najmniejsza, wiemy o niej najwięcej. Prawdopodobnie była gwałtowniejsza niż poprzednie wymierania, wynikała najpewniej ze zderzenia Ziemi z planetoidą. Mogła trwać tysiące, ale raczej nie miliony lat.


Po okresie wymierania następowała stabilizacja warunków środowiskowych oraz przystosowywanie się do nich na drodze ewolucji biologicznej (i z udziałem dryfu genetycznego) przez organizmy żywe. Zwolnione a niezniszczone nisze ekologiczne oraz nowe siedliska pozwoliły na liczne specjacje, czyli powstawanie nowych gatunków, w skutek czego bioróżnorodność po wymieraniu rosła. Obecnie mamy do czynienia z bardzo wysokim zróżnicowaniem gatunkowym i genetycznym (według dostępnych dowodów kopalnych przez ostatnie kilka milionów lat Ziemia cieszy się największą bioróżnorodnością), jednak tempo wymierania gatunków, rodzajów i rodzin jest również szybkie. Po części jest tak siłą rzeczy – im więcej gatunków, tym więcej będzie ich wymierać.

piżmowół arktyczny tundra
Piżmowoły arktyczne w tundrze. Za: Western Arctic National Parklands

Niestety, wiemy też, że do obecnego ginięcia organizmów w istotnym stopniu przyczynia się działalność człowieka – nie tylko europejskiego. Ekspansja rdzennych ludów amerykańskich skutkowała wymarciem wielu przedstawicieli tzw. megafauny, w tym gigantycznych leniwców (Megatherium americanum). Najbardziej jednak wpływ na środowisko i przyrodę ma nasza aktywność od czasów rozpoczęcia wykorzystywania paliw kopalnych na masową skalę, prowadzenia wojen światowych i drastycznego przyrostu liczby ludności przy niewyobrażalnie nierównym podziale dóbr (np. przeciętny Amerykanin zużywający wielokrotnie więcej surowców i emitujący dużo więcej śmieci niż przeciętny Ukrainiec, Mozambijczyk czy Wietnamczyk). Swój udział w tym ma też zdobycie popularności przez ideologię materialnego hedonizmu i konsumpcjonizmu, prowadzącą do jeszcze większego zanieczyszczania planety. To wszystko, w połączeniu z wcześniejszym wybijaniem gatunków przez ludzkość, określane jest czasem jako szósta katastrofa lub szóste masowe wymieranie.


„Ostatnie kilkaset lat to okres postępującego spadku różnorodności biologicznej pod względem zarówno liczby gatunków, jak integralności i funkcjonowania ekosystemów. Najnowsze badania podsumowane m.in. w tegorocznym raporcie Międzyrządowej Platformy ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych (IPBES) pokazują, że tempo zanikania bioróżnorodności przyspiesza, a odpowiada za to pięć głównych, powiązanych wzajemnie czynników, wszystkie pochodzenia antropogenicznego: zmiany w użytkowaniu lądów i mórz (powodujące niszczenie siedlisk przyrodniczych), bezpośrednia eksploatacja (polowania, połowy itd.), zmiany klimatu, zanieczyszczenia środowiska oraz inwazyjne gatunki obce” – mówi biolożka ewolucyjna, dr hab. Zofia Prokop z ruchu „Nauka dla Przyrody” i Wydziału Biologii Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Sawanna bioróżnorodność
Sawanna w Tanzanii. Za: ProfessorX

Jakie znaczenie dla ludzi ma różnorodność biologiczna?

Jaką wartość wnosi dla nas bioróżnorodność? Przede wszystkim zapewnia, głównie za sprawą roślin, produkcję organicznych związków węgla z węgla atmosferycznego (lub wodnego), poprzez fotosyntezę. Skutkiem ubocznym tego procesu jest też bardzo ważny dla życia na Ziemi tlen. To, co składa się na różnorodność biologiczną, jest podstawą dla wspomnianego już przeze mnie obiegu materii i energii w systemie. Umożliwia tworzenie lub dostęp do rozmaitych składników odżywczych. Bioróżnorodność ekosystemowa dostarcza licznych, odmiennych siedlisk. Są to podstawowe „usługi” ekosystemowe, z których wynika cały szereg kolejnych, bardziej konkretnych i lepiej doprecyzowanych.


Dzięki bioróżnorodności organizmów występujących na podłożu może powstawać bogata w składniki odżywcze i mineralne gleba. Jest to niezwykle ważne dla rolnictwa, nawet pomimo stosowania wspomagających uprawy nawozów. Różnorodność genetyczna ma z kolei duże znaczenie dla rozmaitości podgatunków i gatunków roślin dających nam owoce i warzywa oraz ryb i zwierząt hodowlanych. Pozwala tworzyć korzystne z punktu widzenia żywnościowego, biznesowego, środowiskowego czy społecznego odmiany, również te powstałe przy użyciu inżynierii genetycznej, czyli GMO lub poprzez edycję genomu (CRISPR/Cas). Spełnia ważne funkcje także w medycynie, np. poprzez umożliwienie produkcji leczniczych białek albo pozyskiwanie wszelkiej maści związków chemicznych, pochodzenia często roślinnego, o prozdrowotnych właściwościach bądź nawet będących bezpośrednimi lub pośrednimi wyjściowymi do tworzenia leków. Rola bioróżnorodności dla rozwoju nauki pełniła i nadal pełni niebagatelne znaczenie. Pozwala rozwijać biochemię, genetykę, cytologię, histologię, anatomię, toksykologię, prowadzić eksperymenty na zwierzętach i wiele innych.

Różnorodność biologiczna rafa koralowa
Rafa koralowa w Izraelu. Za: Mark A. Wilson

Różnorodność biologiczna zapewnia nam regulację licznych zjawisk występujących na Ziemi, których odpowiedni przebieg jest niezbędny dla zachowania względnie niezmiennych warunków i uniknięcia katastrof lokalnych, regionalnych lub globalnych. Czołowym w dzisiejszych czasach przykładem może być sekwestracja węgla, czyli pochłanianie go, przez organizmy fotosyntetyzujące, a więc przede wszystkim rośliny. Jest to nic innego, jak regulacja klimatu, którego ocieplenie wynika w znacznej mierze ze zbyt wysokiego stężenia CO2 w atmosferze. Kolejny przykład to rozkładanie szkodliwych substancji przez bogate w bioróżnorodność mikroorganizmy. To w dużej mierze one przez dziesiątki, setki i tysiące lat prowadzić będą dekompozycję śmieci. Bioróżnorodność genowa (geny kodujące białka służące do rozkładania i detoksykacji), gatunkowa (gatunki organizmów rozkładających) i ekosystemowa jest w związku z tym istotną częścią „samooczyszczania” powietrza, wody i gleby.


Zaburzenia w bioróżnorodności lokalnej czy regionalnej mogą prowadzić do rozprzestrzeniania się patogenów szkodliwych także dla ludzi, czego dobrym przykładem była utrata różnorodności gatunkowej wśród ptaków w Ameryce Północnej, co pomogło ekspansji wirusa Zachodniego Nilu na tym kontynencie. Widać zatem, że macki biologicznej różnorodności sięgają znacznie dalej niż tylko do znanego wszystkim zapylania roślin oraz przynoszenia natchnienia naukowcom i artystom i wnoszenia istotnego wkładu we wszelkie ludzkie kultury. Jej ochrona jest potrzebna nie wyłącznie dla bioróżnorodności samej w sobie, ale również dla naszych ludzkich społeczności.

Prowadzenie bloga naukowego wymaga ponoszenia kosztów. Merytoryczne przygotowanie do napisania artykułu to często godziny czytania podręczników i publikacji. Zdecydowałem się więc stworzyć profil na Patronite, gdzie w prosty sposób można ustawić comiesięczne wpłaty na rozwój bloga. Dzięki temu może on funkcjonować i będzie lepiej się rozwijać. Pięć lub dziesięć złotych miesięcznie nie jest dla jednej osoby dużą kwotą, ale przy wsparciu wielu staje się realnym, finansowym patronatem bloga, dzięki któremu mogę poświęcać więcej czasu na pisanie artykułów.



Literatura
Algeo, Thomas J., and Stephen E. Scheckler. "Terrestrial-marine teleconnections in the Devonian: links between the evolution of land plants, weathering processes, and marine anoxic events." Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences (1998).
Bond, David PG, and Paul B. Wignall. "The role of sea-level change and marine anoxia in the Frasnian–Famennian (Late Devonian) mass extinction." Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology (2008).
Cardinale, Bradley J., et al. "Biodiversity loss and its impact on humanity." Nature (2012).
McPeek, Mark A., and Jonathan M. Brown. "Clade age and not diversification rate explains species richness among animal taxa." The American Naturalist (2007).
Sahney, Sarda, and Michael J. Benton. "Recovery from the most profound mass extinction of all time." Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2008).
Sahney, Sarda, Michael J. Benton, and Howard J. Falcon-Lang. "Rainforest collapse triggered Carboniferous tetrapod diversification in Euramerica." Geology (2010).
Sahney, Sarda, Michael J. Benton, and Paul A. Ferry. "Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land." Biology letters (2010).
Simpson, Edward H. "Measurement of diversity." Nature (1949).
Steadman, David W., et al. "Asynchronous extinction of late Quaternary sloths on continents and islands." Proceedings of the National Academy of Sciences (2005).
Łukasz Sakowski. Czytaj więcej
    Skomentuj na blogu
    Skomentuj na Facebooku

0 komentarze :

Prześlij komentarz