Wodny przegląd publikacji (4)

Okres jesiennych chłodów i pierwszych przymrozków sprawia, że nie zawsze pamiętamy o postępującym ociepleniu klimatu. Przypomni nam o tym przegląd najnowszych publikacji, z których kilka nawiązuje do wpływu zmiany klimatu na ekosystemy wodne. Wygląda na to, że w erze antropocenu wiele kręci się wokół temperatur. Przegląd rozpoczynamy jednak od pracy polskich naukowców, którzy podjęli próbę oszacowania stopnia ubytku w populacji fauny bezkręgowej i ryb w dolnym odcinku Odry w wyniku katastrofy ekologicznej, która dotknęła ten ekosystem latem 2022 r. Przedstawiamy także pracę na temat problemu zanieczyszczenia mikroplastikiem wód płynących – jak rzeki przetwarzają i transportują plastikowe śmieci. Polecamy też obszerny przegląd możliwości wykorzystania bakterii glonobójczych do walki z sinicami, przygotowany przez polskich naukowców.

1. Quantifying a mass mortality event in freshwater wildlife within the Lower Odra River: Insights from a large European river

Szlauer-Łukaszewska A., Ławicki Ł., Engel J., Drewniak E., Ciężak K., Marchowski D. (2024). Quantifying a mass mortality event in freshwater wildlife within the Lower Odra River: Insights from a large European river. Science of The Total Environment, 907, 2024, 167898.

Chwilę przed wydaniem bieżącego numeru „Wodnych Spraw” na stronie internetowej prestiżowego czasopisma „Science of the Total Environment” ukazała się praca zespołu polskich naukowców z kilku krajowych ośrodków naukowych i organizacji, prezentująca wyniki badań nad ubytkiem populacji fauny bezkręgowej (małży i ślimaków) i kręgowej (ryby i minogi) dolnego odcinka Odry po katastrofie ekologicznej z lata 2022 r. Autorzy wykazują, na podstawie własnych badań i szacunków, że śmiertelność małży Unionidae na tym odcinku wyniosła około 65 mln osobników, co oznacza spadek populacji o 88 proc. Najznaczniejszy ubytek, rzędu 95 proc., stwierdzono w przypadku rodzimej małży Anodonta anatina, natomiast liczebność inwazyjnej małży Sinanodonta woodiana spadła o 15 proc. Ponadto na terenach przybrzeżnych zidentyfikowano co najmniej 147 mln martwych ślimaków wodnych, głównie Viviparus viviparus, co wskazuje na spadek populacji o 85 proc. Ubytek ichtiofauny w dolnej Odrze szacuje się na 3,3 mln ryb, głównie jazgarza (Gymnocephalus cernua), leszcza (Abramis brama) i okonia (Perca fluviatilis), o szacunkowej łącznej biomasie ponad 1 tys. t. Na odcinku rzeki o długości 560 km szacowana śmiertelność ryb wyniosła 1650 t, co oznacza spadek o 60 proc. w porównaniu z poziomem sprzed katastrofy. Szybkie pogarszanie się warunków w ekosystemie rzeki jednoznacznie wskazuje na konieczność prowadzenia dalszych badań nad zdolnością adaptacyjną cieku i jego potencjałem do regeneracji.

Artykuł niestety nie został opublikowany w otwartym dostępie, ale wszystkim zainteresowanym stanem drugiej co do wielkości polskiej rzeki gorąco polecam podjęcie trudu jego pozyskania. To ważne uzupełnienie naszej dotychczasowej wiedzy o stanie Odry!

2. Macroplastic fragmentation in rivers

Liro M., Zielonka A., van Emmerik T.H.M. (2023). Macroplastic fragmentation in rivers. Environment International, 180, 108186.

Czy pamiętacie zabawę w pocieranie o siebie dwóch kawałków styropianu? Rozchodził się przy tym specyficzny zgrzyt, a dookoła fruwały kawałeczki polistyrenu. Okazuje się, że rzeki robią z plastikiem podobnie – działają na odpady jak mechaniczne rozdrabniarki. Przez to stają się swoistymi fabrykami i transporterami mikro- i nanoplastików. (O plastikowym modelu rzeki pisaliśmy też w poprzednich numerach „Wodnych Spraw”). Problemowi fragmentacji tworzyw sztucznych, które dostają się do wód płynących, przyjrzeli się naukowcy z Polski i Holandii, a wyniki ich badań właśnie ukazały się w czasopiśmie „Environmental International”. Na podstawie przeglądu opublikowanych wyników badań eksperymentalnych oraz modelu koncepcyjnego autorzy wskazują szereg czynników, które warunkują rozpad plastików na mniejsze cząstki. W mikroplastik najszybciej zamieniają się śmieci zbudowane z różnego typu polistyrenu, czyli na przykład tacki do jedzenia, widelczyki i kubeczki oraz kawałki styropianu. Istotne są również wielkość i kształt – najbardziej podatne na fragmentację są obiekty o dużej powierzchni i małej masie, czyli na przykład kawałki folii. Intensywność mechanicznego rozdrabniania śmieci zależy od energii przepływu wody oraz występowania przeszkód w korycie, jak również typu i głębokości rzeki. Proces ten zachodzi z różną intensywnością w rzekach stale płynących oraz okresowych i efemerycznych (o IRES pisaliśmy we wcześniejszych numerach „Wodnych Spraw”). Szybszemu rozpadowi plastiku sprzyja także zwiększona ekspozycja na promieniowanie UV, co ma miejsce w rzekach pozbawionych naturalnej roślinności nadbrzeżnej. Model stworzony przez naukowców może stanowić wsparcie przy opracowywaniu metody ilościowego szacowania „śladu plastikowego” (ang. plastic footprint) odpadów z różnych tworzyw sztucznych w różnych typach rzek.

3. Controls of thermal response of temperate lakes to atmospheric warming

Zhou J., Leavitt P.R., Rose K.C., et al. (2023). Controls of thermal response of temperate lakes to atmospheric warming. Nat Commun 14, 6503.

Global lakes are warming slower than surface air temperature due to accelerated evaporation

Tong Y., Feng L., Wang X., et al. (2023). Global lakes are warming slower than surface air temperature due to accelerated evaporation. Nat Water.

Niemalże w tym samym czasie, w odstępie zaledwie dwóch tygodni, ukazały się dwie prace chińsko-amerykańskich zespołów badawczych, które dotyczą tempa ogrzewania się wód jeziornych na skutek zmiany klimatu. Wyniki obu zespołów wzajemnie się potwierdzają i prowadzą do zbieżnych wniosków – pomimo notowanego obecnie w skali globalnej wzrostu temperatury powierzchniowych warstw wód jeziornych, w przyszłości tempo to będzie wolniejsze niż ocieplanie się atmosfery.

Pierwszy zespół, na podstawie danych z 345 jezior położonych w klimacie umiarkowanym, wykazał istotny statystycznie (P < 0,001), ujemny związek tempa nagrzewania się jeziora z ociepleniem powietrza. Ponad 30 proc. różnicy w szybkości ogrzewania jezior w porównaniu z atmosferą wyjaśniały czynniki, takie jak zróżnicowanie lokalnych warunków klimatycznych, pokrycie terenu zlewni, geomorfologia i przejrzystość wody. Szczególnie wrażliwe na zmiany temperatury atmosferycznej okazały się czyste, zimne i głębokie jeziora, położone na dużych wysokościach, o zlewniach nieprzekształconych na skutek działalności człowieka.

Drugi zespół, na podstawie analizy danych o temperaturze wody powierzchniowej ponad 92 tys. jezior (z zastosowaniem teledetekcji satelitarnej i modelowania numerycznego), wykazał średni wzrost globalnej temperatury powierzchni jezior o 0,24°C na dekadę w okresie od 1981 do 2020 r. Tempo to jest statystycznie wolniejsze (P < 0,05) niż zmiana temperatury powietrza (wzrost średnio o 0,29°C na dekadę) w tym samym okresie. Za różnice te odpowiedzialna jest głównie utrata energii w wyniku przyspieszonego parowania (więcej na ten temat można znaleźć także w pracy Wang et al., 2018.). Niby oczywiste, ale w artykule mamy to wykazane na twardych danych. Autorzy prognozują dalsze ocieplanie jezior w ciągu następnych 80 lat (2021-2099), jeśli nie zostanie wdrożony scenariusz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Wyniki obu prac dostarczają ważnych przesłanek do oceny fizycznych i biologicznych reakcji jezior na dotychczasowe i prognozowane ocieplenie klimatu.

4. Mesophotic coral bleaching associated with changes in thermocline depth

Diaz C., Foster N.L., Attrill M.J. et al. (2023). Mesophotic coral bleaching associated with changes in thermocline depth. Nat Commun 14, 6528.

Badania wpływu zmiany klimatu na organizmy wodne obejmują między innymi zjawisko blaknięcia rafy koralowej w wyniku utraty symbiotycznych glonów pod wpływem stresu temperaturowego. Problem ten obserwowany jest szczególnie intensywnie w przypadku raf koralowych płytkich stref oceanów. Okazuje się jednak, że dotyka on również ekosystemów mezofotycznych koralowców zamieszkujących głębsze (30-150 m) i chłodniejsze wody (tzw. rafy cienia, rozwijające się w strefach, gdzie dociera bardzo mało światła). Dowodów na blaknięcie koralowców na głębokości 90 m dostarczyły multidyscyplinarne badania atolu Egmont w Archipelagu Czagos w środkowej części Oceanu Indyjskiego, przeprowadzone w latach 2019-2020 przez zespół brytyjskich naukowców z University of Plymouth. Autorzy wykazali, że zjawisko to było powiązane z utrzymującym się pogłębianiem termokliny, wywołanym przez Dipol Oceanu Indyjskiego (IOD). IOD to zjawisko anomalii temperatur wód powierzchniowych pomiędzy wschodnią a zachodnią częścią Oceanu Indyjskiego, które modyfikuje pola wiatrów powierzchniowych, prądy oceaniczne i głębokość termokliny w sposób podobny do El Niño w południowej części Pacyfiku. Opisane w artykule zjawisko to najgłębszy zarejestrowany przypadek blaknięcia koralowców, który miał miejsce przy jednoczesnym braku blaknięcia koralowców w płytkich wodach. Wyniki tej pracy pokazują potencjalną podatność mezofotycznych ekosystemów koralowców na stres termiczny i podkreślają potrzebę zwiększenia wiedzy oceanograficznej.

5. Boom-bust cycles in gray whales associated with dynamic and changing Arctic conditions

Stewart J.D., Joyce T.W., Durban J.W. et al. (2023). Boom-bust cycles in gray whales associated with dynamic and changing Arctic conditions. Science 382(6667).

Zmiana klimatu wpływa na wiele systemów globalnych, ale najbardziej dotyka ekosystemy polarne. Skutki klimatyczne najbardziej oddziałują na krótko żyjące gatunki niższych poziomów troficznych. Mniej rozpoznane jest natomiast, jak na szybkie ocieplenie biegunów reagują gatunki długowieczne i mobilne. Pytanie to zadali sobie naukowcy amerykańscy, którzy przeanalizowali liczącą ponad 50 lat bazę danych, dotyczącą liczebności wieloryba szarego (Eschrichtius solidus, polska nazwa: wal szary lub pływacz szary) we wschodniej części Północnego Pacyfiku. Tamtejsza populacja tego ssaka została niemal całkowicie wytrzebiona w XIX w. na skutek polowań. Dzięki wprowadzeniu w 1947 r. zakazu połowów komercyjnych, do 2016 r. obserwowano systematyczny wzrost populacji do poziomu zbliżonego do tego sprzed okresu połowów. Większość modeli zakładała, że wieloryby szare osiągną stosunkowo stabilną równowagę. Stewart i współautorzy zakwestionowali to założenie. Dowiedli oni, że populacja tego walenia wykazuje gwałtowne, epizodyczne wzrosty i spadki, a dynamika ta jest ściśle powiązana z dostępnością ofiar oraz wielkością pokrywy lodowej na żerowiskach. W okresach, kiedy spadkowi biomasy bazy pokarmowej (bezkręgowców bentosowych) towarzyszył wzrost powierzchni pokrywy lodowej, wieloryby szare wykazywały zwiększoną śmiertelność, która skutkowała spadkiem liczebności populacji o 15 do 25 proc. Sugeruje to, że nawet mobilne, długowieczne gatunki są wrażliwe na dynamicznie zmieniające się warunki, które są skutkiem ocieplania się Arktyki. Ustalenia Stewarta i współautorów wskazują, że pomimo uregulowania kwestii polowań na wieloryby, odbudowa populacji tych zwierząt w erze szybko zmieniającego się klimatu może być trudniejsza niż oczekiwano.

6. Algicidal bacteria against cyanobacteria: Practical knowledge from laboratory to application

Morón-López J., Serwecińska L., Balcerzak Ł., Glińska S., Mankiewicz-Boczek J. (2023). Algicidal bacteria against cyanobacteria: Practical knowledge from laboratory to application. Critical Reviews in Environmental Science and Technology.

I na koniec bieżącego przeglądu artykuł sprzed kilku tygodni, ale jeśli komuś umknął, serdecznie polecam. Zespół badaczy z dwóch łódzkich ośrodków (Uniwersytet Łódzki i Europejskie Regionalne Centrum Ekohydrologii PAN) podjął tematykę stosowania bakterii do zwalczania toksycznych zakwitów glonów. Autorzy dokonali obszernego przeglądu dotychczasowej wiedzy w zakresie podstawowych aspektów poszukiwania, izolowania i oznaczania potencjalnych bakterii glonobójczych atakujących sinice. Przedstawili także interakcje gatunkowe pomiędzy tymi organizmami i mechanizmy oddziaływania bakterii na różne gatunki cyjanobakterii. Artykuł przedstawia też wyniki eksperymentalnych badań autorów nad wrażliwością dziewięciu sinic słodkowodnych i dwóch zielenic na sześć różnych szczepów bakterii o silnym działaniu glonobójczym. Dokonany przegląd wskazuje, że promowanie aktywności mikrobiologicznej autochtonicznych bakterii glonobójczych poprzez bioaugmentację (wprowadzanie mikroorganizmów) może być skuteczną metodą hamowania toksycznych zakwitów sinic. Autorzy podkreślają jednak, że niektóre kluczowe cechy glonobójcze szczepów mogą być związane z ich właściwościami chorobotwórczymi. Zatem zastosowanie bakterii glonobójczych metodą bioaugmentacji musi być poprzedzone wnikliwą oceną ryzyka ekologicznego i bezpieczeństwa biologicznego.

Wprawdzie artykuł nie jest dostępny w sposób otwarty, ale przemili autorzy chętnie dzielą się kopiami swojej pracy, za co im serdecznie dziękuję.