Jeśli ktoś, myśląc o Arktyce, ma przed oczami bezkresną przestrzeń pokrytą śniegiem i skutą lodem, niech porzuci te wyobrażenia. Ten pejzaż powoli przemija. Dla badaczki tundry, dr Agaty Buchwał, Arktyka ma kolor zielony. Wszystko za sprawą krzewinek arktycznych – karłowatych drzew, które tworzą w tym regionie miniaturowe lasy.
Dr Agata Buchwał jest adiunktem na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych UAM i prowadzi badania na obszarach polarnych. Pod koniec grudnia ubiegłego roku w amerykańskim czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ukazała się publikacja, która podsumowuje pięcioletni okres badań międzynarodowego zespołu badaczy, któremu przewodziła naukowczyni z Poznania. Przedmiotem jej naukowych zainteresowań były właśnie arktyczne krzewinki i ich reakcja na zmieniający się klimat.
Takie małe a takie ważne
Latem na obszarach polarnych poza coraz mniej białymi lodowcami dominuje kolor brązowy, kolor ziemi, który coraz częściej i wyraźniej zaczyna przechodzić w zieleń. To zasługa roślinności, która coraz bujniej porasta ten region, tworząc tundrę. Dr Buchwał z krzewinkami po raz pierwszy zetknęła się przypadkiem w trakcie swoich studiów doktorskich. Jako doktorantka prof. Andrzeja Kostrzewskiego, pisząca pracę niezwiązaną z Arktyką, zdecydowała się na wyjazd w charakterze pomocy terenowej do stacji UAM na Spitsbergenie. Jak wspomina, to była dobra decyzja! Zachwycił ją nie tylko surowy, nietknięty ręką człowieka krajobraz, ale również potencjał badawczy, jaki w sobie niósł. To tam właśnie po raz pierwszy zainteresowała się karłowatymi krzewinkami i postanowiła je zbadać. Jednocześnie zaczęła też pilnie studiować literaturę tematu. Na każdym etapie tych naukowych odkryć dużym wsparciem był dla niej prof. Grzegorz Rachlewicz, który jest nie tylko współautorem wspomnianej publikacji w PNAS, ale także uczestnikiem wielu wspólnych wypraw polarnych na Spitsbergen, Grenlandię czy Syberię.
Krzewinki, miniaturowe rośliny, fizjologicznie bardzo przypominają drzewa. Są długowieczne, niektóre okazy z Grenlandii, Alaski czy Spitsbergenu mają ponad 100 lat. W przekroju poprzecznym za pomocą pierścieni odnotowują kolejne roczne przyrosty. Okazuje się, że właśnie te maleńkie pierścienie stały się cennym źródłem informacji na temat zmian klimatycznych zachodzących w rejonie Arktyki w ciągu ostatnich 50-70 a nawet 120 lat.
- Mimo braku gęstej sieci stacji meteorologicznych, Arktyka pokryta jest seriami pomiarowymi zawartymi… w krzewinkach, które rzetelnie, z roku na rok „odnotowują” w słojach przyrostowych warunki klimatyczne, w jakich przyrastały. To niesamowite, zwłaszcza że teraz możemy to wszystko odczytać i poznać dynamikę tych zmian, używając dendrochronologii, tj. nauki badającej słoje roczne drzew i krzewinek – mówi dr Buchwał.
Jedna krzywa
Przywiezione z rejonów polarnych okazy krzewinek poddawane są w poznańskim laboratorium dendrochronologicznym serii pomiarów. Laboratorium powstało kilka lat temu z inicjatywy dr Buchwał. Jak dumnie podkreśla naukowczyni, pierwsze urządzenia pomiarowe zostały zakupione jeszcze w trakcie jej doktoratu za pieniądze z grantu, który otrzymała. Przekrój poprzeczny pnia arktycznej krzewinki wynosi mniej niż 1 cm. Na szkiełku mikroskopowym słoje są ledwo widoczne. Dlatego po odpowiednim barwieniu preparatów wykonywane są specjalne zdjęcia mikroskopowe, które po powiększeniu dają wgląd w sekwencję międzyroczną. Fotografia z tym przekrojem zachwyca feerią kolorów i kształtów; gdyby nie była obiektem badań, z powodzeniem mogłaby stanowić ozdobę niejednego wnętrza. Ozdobą jednak nie jest, a jako materiał badawczy wymaga specjalnych zabiegów. Za pomocą oprogramowania komputerowego liczone są miniaturowe słoje roczne, mierzona jest ich szerokość w różnych kierunkach przyrostowych. To właśnie szerokość tych słoi daje informacje o warunkach, w których przyrastało karłowate drzewko. Okazuje się bowiem, że w najbardziej zimnych i niesprzyjających latach krzewinki nie tworzą pierścieni albo ich przyrost jest bardzo niekoncentryczny tzw. wyklinowujący.
- Nasza praca przy datowaniu krzewinki przypomina układanie puzzli. Obraz składamy z pomiarów sekwencyjnych, a następnie odnotowujemy lata niekorzystne, które wpływały na zaburzenia zapisu przyrostowego. Finalnie po wielu pomiarach pracujemy z jedną krzywą, która na osi y ma szerokość, od najmniejszego do największego rocznego przyrostu, a na osi x - układ lat kalendarzowych od momentu narodzin rośliny do jej pobrania. Sekwencje tych punktów pomiarowych dają chronologię przyrostową, a więc zmienność międzyroczną w szerokościach średnich słojów przyrostowych danego gatunku krzewinki – tłumaczy dr Buchwał.
Taka procedura powtarzana jest w obrębie danej populacji tak, aby możliwe było użycie narzędzi statystycznych. W praktyce oznacza to, że pobieranych jest do 30 okazów, które później poddawane są analizie sekwencyjnego próbkowania. Badania są bardzo czasochłonne. Jednak krzywa, którą udaje się naukowcom uzyskać, jest kompletnym obrazem warunków klimatycznych, które panowały w okresie letnim w danym miejscu Arktyki.
Publikacja
Wróćmy teraz do publikacji, która ukazała się w grudniu ubiegłego roku w PNAS. Składają się na nią badania, które dr Agata Buchwał prowadziła w ramach stypendium Fulbrighta na University of Alaska Anchorage. W ciągu pięciu lat udało jej się stworzyć międzynarodowy zespół badawczy, który zebrał i opracował 23 chronologie słojów rocznych krzewinek. Zbiór ten obejmuje karłowate brzozy i wierzby z Alaski, Arktyki Kanadyjskiej, Grenlandii, Spitsbergenu i Syberii. Dr Buchwał chętnie dzieli się swoimi wrażeniami z tej współpracy. - Warto poświęcić swój czas, nawiązać współpracę i wziąć na swoje barki to ważne zadanie, jakim jest kierowanie zespołem badawczym – mówi naukowczyni. - Dla mnie to była niezwykła lekcja, choć przecież byłam wcześniej współautorem publikacji, które ukazały się w czasopismach z rodziny Nature. Tutaj jednak musiałam podjąć trud, jakim było skoordynowanie wielu działań, związanych najpierw z planowaniem badań, a potem ich naukowym opracowaniem. Ciężka praca prędzej czy później przynosi efekty. Chciałabym tym samym zachęcić naukowców z naszej Alma Mater do próbowania swoich sił w tym lub podobnych czasopismach i powiedzieć im – think BIG, sięgaj daleko! Szczególnie teraz, kiedy jesteśmy na solidnej trampolinie uczelni badawczej.
Jak mówi dr Buchwał, wyniki badań jej zespołu były zaskoczeniem dla wszystkich. Naukowcy pierwotnie zamierzali zbadać przyrost krzewinek, opisać jak zachowują się one w warunkach coraz cieplejszego klimatu Arktyki. Ostatecznie do interpretacji badań włączony został jeszcze jeden czynnik, a mianowicie krzywa zlodzenia Oceanu Arktycznego. - Na podstawie dziennych pomiarów satelitarnych wiadomo, że od końca lat 70. ubiegłego wieku straciliśmy około 2/3 powierzchni pokrywy zlodzenia w Arktyce. W tych miejscach nie dominuje biel – jakbyśmy się tego spodziewali - ale widoczna jest toń Oceanu Arktycznego. Ten fakt ma bardzo duże znaczenie środowiskowe. Nie ma bieli, która odbija światło, zamiast tego woda oceaniczna pochłania ciepło emitowane przez Słońce i robi się coraz cieplejsza. To sprawia, że w bardzo różnym stopniu następuje redystrybucja wilgoci i opadów w Arktyce, a tym samym zmieniają się warunki życia roślin.
Dr Buchwał udało się wykazać, że istnieje związek pomiędzy kurczeniem się pokrywy lodowej, a zmianami klimatycznymi ( zachodzącymi lokalnie na terenach nierzadko oddalonych od paku lodowego) i warunkami wzrostu krzewinek tundrowych.
Wyniki, przygotowane na podstawie 23 chronologii z obszaru całej Arktyki, dają wyraźnie dwudzielny obraz. Dominują chronologie krzewinkowe, które pokazują, że kurcząca się pokrywa lodowa jest eksponowana na coraz wyższe warunki termiczne, w związku z czym rośliny korzystają z cieplejszych warunków i zwiększają swój wzrost. Pierścienie w tych krzewinkach są szersze i lepiej widoczne. Ale jest też inna grupa roślin, stanowiąca około 40% badanych okazów, która wraz z malejącą pokrywą lodową eksponowana jest na coraz cieplejsze, ale przez to niestety na coraz bardziej suche warunki klimatyczne. Krzewinki te przyrastają coraz mniej, a pierścienie roczne w nich są coraz węższe. Jest to związane z niedoborem wilgoci i stresem, jaki u roślin wywołuje susza. Już nie niskie temperatury, ale dostępność wody zaczyna limitować ich wzrost na wybranych obszarach Arktyki.
Not so fast, my friend
Tak ponoć miał powiedzieć z satysfakcją pewien amerykański profesor, patrząc na wyniki badań przygotowane przez zespół dr Buchwał. Wydawałoby się, że coraz cieplejsze obszary arktyczne będą w następstwie topnienia lodu porastane bujną roślinnością. Okazuje się jednak - i badania dr Buchwał to potwierdzają - że ekspansja roślin nie zachodzi aż tak szybko, jak dramatycznie zmienia się klimat Arktyki. Rośliny, jak każdy żywy organizm, potrzebują czasu, aby swoje warunki siedliskowe odpowiednio zagospodarować. Co to oznacza? A mianowicie to, że krajobraz Arktyki będzie z każdy rokiem coraz bardziej przypominał brązowo-zielony dywan. Miejscami będzie on zielony za sprawą roślinności. To obszar o dobrym potencjale dla mitygacji gazów cieplarnianych. Bujnie rozrastająca się roślinność będzie akumulować w sobie dwutlenek węgla, aby przeprowadzić proces fotosyntezy i wyprodukować biomasę. Natomiast brązowe połacie to obszar, w którym krzewinki gorzej przyrastały. W tych miejscach rośliny nie będą w stanie np. zacieniać wieloletniej zmarzliny, na której rosną, przez co nie będą też odpowiednio regulować jej przypowierzchniowej termiki. Innymi słowy, gorzej rozwijająca się roślinność spowoduje, że promienie słoneczne będą coraz mocniej wytapiać powierzchnię zmarzliny. W ten sposób, niestety, zintensyfikowane zostanie wydzielanie z Arktyki gazów cieplarnianych, w tym pary wodnej i metanu. - Krzewinki z jednej strony są buforem emisji gazów cieplarnianych z wieloletniej zmarzliny, z drugiej – niestety, te gorzej przyrastające stają się medium uwalniania tych gazów. Te zmiany będą oczywiście rodziły kolejne konsekwencje dla ekosystemów, jak chociażby brak pożywienia dla wielu gatunków zwierząt czy rosnące ryzyko pożaru – mówi dr Buchwał.
zob. też: Prof. Miazek-Męczyńska. Silva rerum czyli gdzie bryka łacina (uniwersyteckie.pl)
