Kaszlące drzewa

Fotosynteza to hasło, z którym spotkali się chyba wszyscy. Ale czy wiesz, czym jest fotooddychanie? Choć nazwa raczej nie kojarzy się z czymś negatywnym, prawda jest zgoła inna. Od pewnego czasu możemy się w mediach natknąć na pojęcie „kaszlące drzewa”. Efekty tego zjawiska nie będą przyjemne dla ludzi i życia na Ziemi. A tak naprawdę to ludzie są za nie pośrednio odpowiedzialni.  Jeśli chcesz wiedzieć, o co tyle szumu, obejrzyj dzisiejszy materiał.

Spis treści:

1. Fotosynteza
2. Fotooddychanie
3. Dwutlenek węgla nasz powszedni
4. Jaka czeka nas przyszłość?
5. Susza nie tylko na pustyni
6. Niebezpieczeństwo dla lasów
7. Podsumowanie

Drzew na naszej planecie jest tyle i otaczają nas one na każdym kroku, że przyzwyczailiśmy się traktować je niemal jak tło. Często w ogóle ich nie zauważamy. Jeśli już, to zwykle wtedy, kiedy nam one przeszkadzają: opadają z nich na jesień liście, które musimy grabić, rozsadzają korzeniami chodniki i asfalt, przy silnym wietrze, niezadbane, zagrażają przewróceniem. Podobnych przykładów mogłabym wymienić jeszcze sporo. To po co nam właściwie te drzewa? Lubimy np. latem usiąść w cieniu drzewa, potrzebujemy ich w przemyśle drzewnym. Jednak nadrzędną funkcją, jaką spełniają dla nas drzewa, jest produkcja tlenu, pochłanianie CO₂ oraz retencjonowanie wody.

Mam wrażenie, że gdzieś po drodze zapomnieliśmy jako cywilizacja, że drzewa nie są wcale takie silne i odporne oraz że zagraża im wiele czynników, dodatkowo potęgowanych zmianami klimatu. Temat wpływu zmian klimatycznych na rośliny oraz potencjalnych tego skutków jest bardzo szeroki. Dlatego postanowiłam w dzisiejszym materiale rozprawić się jedynie z wąskim wycinkiem tego zagadnienia. Wpływ na moją decyzję miało kilka niedawno przeczytanych artykułów o „kaszlących” drzewach.

Fotosynteza

Kiedy myślimy o oddychaniu roślin, zazwyczaj przychodzi nam do głowy pojęcie fotosyntezy. W pewnym stopniu słusznie; w końcu tego uczymy się o roślinach w szkole. Dowiadujemy się tam, że roślina pobierając z otoczenia wodę i dwutlenek węgla oraz w obecności światła (a dokładniej energii świetlnej), są w stanie wyprodukować glukozę (czyli węglowodan) oraz tlen. Uproszczony zapis reakcji fotosyntezy wygląda następująco:

6H₂O + 6CO₂ + hν (energia świetlna) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑

Z punktu widzenia rośliny, tlen jest produktem ubocznym tej reakcji. Jej zależy głównie na energii. Natomiast dla ludzi oraz pozostałych organizmów tlenowych na Ziemi kluczowe znaczenie ma wytwarzany tlen oraz eliminowany dwutlenek węgla.

Co ciekawe, fotosynteza składa się z dwóch etapów zachodzących równolegle:

• faza jasna – pod wpływem absorpcji światła w tkankach roślinnych zawierających chlorofil, powstaje energia wiązań chemicznych oraz tlen,
• faza ciemna – energia wiązań chemicznych pomaga w syntezie związków chemicznych.

W efekcie fotosyntezy mogą powstać dodatkowe substancje, takie jak np. skrobia.

Fotooddychanie

Przejdźmy teraz do drugiego hasła, jakiego użyłam na wstępie, a więc do fotooddychania.

Fotooddychanie jest procesem niejako odwrotnym do fotosyntezy, ponieważ w jego wyniku roślina pobiera z otoczenia tlen i emituje CO₂. Wszystko za sprawą RuBisCO (lub rubisco) czyli enzymu karboksylazy rybulozo-1,5-bisfosforanu. Ma on zdolność do łączenia się zarówno z tlenem, jak i dwutlenkiem węgla. To, z którą cząsteczką połączy się rubisco, zależy od warunków, jakim poddana jest roślina. Dokładniej chodzi tu o stres wywołany zbyt wysoką temperaturą lub zbyt małą ilością wody. Jak widać, stres działa niekorzystnie nie tylko na ludzi, ale również na rośliny.

Niedawne badanie, które ukazało się w listopadzie 2023 roku w czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences powinno zapalić ostrzegawczą lampkę w głowach nas wszystkich. O co dokładnie chodziło w tym badaniu? Otóż zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkley przeanalizował próbki drzew z ostatnich 100 lat pod kątem zawartych w nich izotopów materiału drzewnego. Wyniki wskazują na to, że drzewa coraz częściej wykorzystują fotooddychanie zamiast fotosyntezy.

Oznacza to, że drzewa mają coraz większe problemy z pochłanianiem dwutlenku węgla i co za tym idzie – produkcją niezbędnego nam tlenu. Autorzy wspomnianego badania nazwali to zjawisko „kaszlem” drzew lub po prostu „kaszlącymi” drzewami. W końcu podobnie jak u ludzi, kaszel nie jest stanem normalnym i jest oznaką jakiegoś problemu ze zdrowiem.

Fotooddychanie z punktu widzenia rośliny jest procesem nieekonomicznym i służy jedynie przetrwaniu gorszych czasów.

Dwutlenek węgla nasz powszedni

Amerykański Departament Energii wyliczył, że obecnie rośliny pochłaniają aż 25% (a wg niedawnych doniesień nawet więcej) antropogenicznego CO₂. Za resztę odpowiadają m.in. oceany. W Polsce badania nad tematem pochłaniania dwutlenku węgla z atmosfery były prowadzone na terenie Lasów Państwowych pod kierownictwem profesora Janusza Olejnika z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Na ich podstawie powstała monografia pt. „Rola lasu w pochłanianiu dwutlenku węgla z atmosfery”. Podobnymi badaniami na naszym poletku zajmował się dr Flurin Babst z Instytutu Botaniki PAN w Krakowie, laureat programu HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Pojedyncze drzewo pochłania 6-7 kg CO₂ rocznie. Natomiast hektar lasu nawet 4-5 ton CO₂. Oczywiście są to wartości uśrednione i bardzo dużo zależy od gatunku drzewa, jego wieku i stanu.

I tu dochodzimy do pewnego paradoksu. Skoro dwutlenek węgla jest roślinom niezbędny do funkcjonowania i przeprowadzania fotosyntezy, to wydaje się, że im go w atmosferze więcej, tym korzystniej dla roślin. Otóż nie całkiem. Wzrost stężenia CO₂ w atmosferze prowadzi do wzrostu temperatury na Ziemi. A jak już wspomniałam zbyt wysoka temperatura i powiązane z nią często deficyty wody wywołują w drzewach stres.

Stres u drzew = przejście na fotooddychanie.

Wypadkową tej sytuacji jest jeszcze większy wzrost stężenia dwutlenku węgla, który teraz dokładają nam dodatkowo lasy. I błędne koło się toczy…

Jaka czeka nas przyszłość?

Żeby odpowiedzieć na to pytanie, zespół z Uniwersytetu w Berkley zamierza przeanalizować próbki drzew sprzed milionów lat. W końcu wielu słyszało, że wtedy temperatura na Ziemi była wyższa niż obecnie, podobnie jak stężenie CO₂. Zdecydowanie jest to prawda. Z jednej strony te dokładniejsze badania być może pomogą nam znaleźć odpowiedź na pytanie o czekającą nas przyszłość.

Jednak warto zwrócić uwagę na pewną różnicę obecnej sytuacji do tej sprzed milionów lat. Aktualnie klimat zmienia się zdecydowanie szybciej, tak samo jak wzrasta temperatura. Żaden organizm nie jest w stanie przeprowadzić ewolucji w tak krótkim czasie. Dlatego nasze drzewa mogą nie przystosować się do nadchodzących zmian. Miliony lat temu rośliny były przystosowane do wysokich temperatur, które panowały przez bardzo długi czas. Kiedy klimat stopniowo zaczął się wychładzać, flora miała dużo czasu na przystosowanie się do zmian. Czas, którego nie ma obecnie.

Susza nie tylko na pustyni

Jednak temperatura to nie jedyny czynnik, który wywołuje w roślinach stres. Drugim jest deficyt wody. Ten problem od wielu lat zaczyna dotykać Europę, a w szczególności Polskę. Praktycznie co roku słyszymy, że każdy kolejny sezon czy rok był bardziej suchy niż poprzedni lub najbardziej suchy w historii pomiarów. W miesiącach, kiedy woda jest roślinom niezbędna do wzrostu, notuje się brak lub nikłe opady. I nie zmienią tego padające okresowo deszcze, bo te zdarzają się coraz rzadziej i są coraz bardziej gwałtowne. Przesuszona gleba nie jest w stanie wchłonąć w krótkim czasie ekstremalnie wielkiej ilości opadów, które spływają do rzek i prowadzą do lokalnych powodzi.

Temat problemu wody w Polsce omawiałam już w jednym z wcześniejszych artykułów pt. Woda cenniejsza niż złoto.

Niebezpieczeństwo dla lasów

Niekorzystne czynniki, takie jak susza, zbyt wysoka temperatura, ekstremalne zjawiska pogodowe mają też jeszcze jeden negatywny wpływ na lasy. Wszystkie one wpływają na kondycję pojedynczych drzew i całych obszarów leśnych. Roślina poddana takim stresorom jest mniej odporna na pasożyty, grzyby i choroby, które teraz w łatwy sposób mogą zdziesiątkować olbrzymie połacie lasu. Biorąc pod uwagę, że w Polsce dominuje leśna monokultura, czyli przeważają obszary leśne zdominowane przez jeden gatunek drzewa, możemy zastanawiać się, co czeka polskie lasy.

Skutki takich działań z pewnością nie nadejdą w ciągu najbliższych kilku lat. Jeśli nic nie zrobimy, przyjdzie nam na nie poczekać kilkanaście, kilkadziesiąt lat. Niemniej przyszłość lasów nie prezentuje się w jasnych barwach.

Podsumowanie

Jak widzisz, drzewa, mimo swojej wszechobecności, są delikatnymi organizmami. Zagrażających im czynników jest sporo, tak samo jak potencjalnych scenariuszy na przyszłość. Dziś omówiłam tylko jeden, związany z niekorzystnym oddziaływaniem zbyt wysokiej temperatury i braku wody.

Nie chciałabym też pozostawiać Cię po tym artykule z myślą, że od teraz drzewa nie są nam w ogóle potrzebne. Takie myślenie to spore nadużycie. W dalszym ciągu większość roślin prawidłowo przeprowadza fotosyntezę. Warto jednak, żebyśmy zainteresowali się bardziej ich stanem, jeśli naszą przyszłość chcemy spędzać w cieniu pięknych i monumentalnych drzew.