Mikroskopijne zwierzęta wyjadają mikroskopijne rośliny, a wszystko to w kolorze. Oto kolorowa Arktyka

Mimo że zimne i położone często w odległych rejonach Arktyki, lodowce wcale nie są martwe, a życie nadaje im często intensywne barwy - dosłownie. Bezpośrednio na ich powierzchni występują algi lodowe, które w swoich komórkach mają pigment - purpurogalinę. W górnej części lodowca można zobaczyć tak zwany arbuzowy śnieg. O tym, co żyje w lodowcach, co je "koloruje" i czym są otwory kriokonitowe, pisze dla Gazeta.pl dr Krzysztof Zawierucha z UAM w Poznaniu.

Gazeta.pl rozpoczęła współpracę z naukowcami z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Korzystając z wiedzy ekspertów, chcemy pokazywać, jak zmiany klimatu wyglądają z bliska, z perspektywy tych, którzy ich badaniom poświęcili swoją karierę zawodową. Pod koniec sierpnia wraz z ekspertami ruszyliśmy na dwutygodniową wyprawę na Spitsbergen. Przyjrzymy się tam zmianom klimatu z bliska. Będziemy obserwować, jak prowadzone badania i zbierane pomiary, sprawdzimy, ile lodu stracił "podopieczny" lodowiec naukowców z UAM, Sven, a to wszystko opiszemy i pokażemy czytelnikom Gazeta.pl. Teksty o Spitsbergenie, artykuły napisane przez samych naukowców w ramach cyklu "Klimat z bliska", aktualności z życia w stacji polarnej, zdjęcia i materiały wideo będzie można przeczytać i obejrzeć na stronie głównej Gazeta.pl oraz w specjalnym obszarze strony Zielona.gazeta.pl.

Kiedy opowiadam znajomym lub rodzinie, że wyjeżdżam pracować do Arktyki, zwykle jestem bombardowany pytaniami o to, czy naprawdę jest tam tak biało jak w filmach oraz czego można szukać w takim zimnie. Tymczasem nie wszędzie jest biało, a ja badam i opisuję życie i procesy tam zachodzące.

Arktyka i jej lodowce to barwny świat

W trakcie lata w tamtym rejonie nie jest zbyt zimno i otacza nas barwny świat. Dla mnie, jako biologa środowiska, Arktyka i lodowce w różnych regionach świata są kolorowe i pełne życia. Kamienie porastają piękne porosty, na przedpolach lodowców spotkamy kwitnące rośliny, a arktyczne wybrzeża wręcz lśnią zielenią. Daleka północ to dom dla wielu wyjątkowych organizmów i paleta barw, którą czasem wręcz trudno opisać. Niestety, zmieniający się klimat i wzrastające temperatury mogą odmienić ten delikatny świat.

Kolorowa ArktykaKolorowa Arktyka Fot. Krzysztof Zawierucha

Kiedy w tym roku pracowałem na lodowcu Longyearbreen na Spitsbergenie, kilka razy podchodzili do mnie przewodnicy i turyści i pytali, co ja właściwie robię na powierzchni lodowca, obłożony dziwną elektroniką i komputerami. Kiedy odpowiadałem, że badam i opisuję mikroskopijne zwierzęta, pojawiało się kolejne pytanie: czym żywią się te zwierzęta na lodzie? Spokojnie tłumaczyłem, że wyjadają mikroskopijne rośliny, na których właśnie sami stoją, i które nadają tę czerwonawą barwę powierzchni lodowców. Lodowiec to ekosystem - tłumaczyłem.

Lodowce przez długie lata traktowane były jako martwe elementy natury, czynnik kształtujący krajobraz oraz dostawcy wody słodkiej do ekosystemów lądowych oraz morskich. Jednak ostatnie dwie dekady to prawdziwy renesans w badaniach ich biologii i ekologii. Naukowcy przyjrzeli się dokładnie temu, co jest na powierzchni, w ich wnętrzu oraz pod lodem i okazało się, że wszystkie badane strefy tętnią życiem.

Najwięcej form życia znajdziemy na powierzchni lodowców. Jest ona pełna niewidocznych gołym okiem bakterii, roślin i zwierząt. Aktywność biologiczna rozpoczyna się w trakcie lata, kiedy topniejący śnieg odkrywa lodową taflę i dostarcza organizmom pierwszej wody w stanie ciekłym. Bezpośrednio na powierzchni lodowców żyją mikroskopijne rośliny nazywane algami lodowymi (ang. ice algae). Posiadają one w swoich komórkach pigment - purpurogalinę. Jak podpowiada nazwa, nadaje on purpurowy (lub czerwonawy) kolor powierzchni lodu. Z jednej strony pigment ten chroni komórki alg przed wysokim promieniowaniem słonecznym, jest to taki naturalny filtr UV, z drugiej skupia na sobie promienie słoneczne i podnosi temperaturę lodu, który topiąc się, dostarcza algom jeszcze więcej życiodajnej wody.

Barwny lód ArktykiBarwny lód Arktyki Fot. Krzysztof Zawierucha

Kiedy spojrzymy na resztki śniegu na lodowcu lub spojrzymy na jego górną część, tzw. strefę akumulacji, najprawdopodobniej zobaczymy arbuzowy śnieg. Za kolor tego śniegu odpowiadają dalecy krewniacy lodowych alg, czyli algi śnieżne, których pigment to karetonoidy. Ich funkcja jest podobna do tej u alg lodowych. Gatunki odpowiadające za czerwone zakwity śniegu możemy spotkać także w polskich górach. Warto przyjrzeć się późną wiosną zalegającym płatom śniegu, żeby zobaczyć ich czerwony kolor. Dla człowieka dokładne rozpoznanie zakwitów lodowych i śnieżnych alg ma istotne znaczenie. Mogą one nagrzewać powierzchnię lodu oraz śniegu, tym samym przyspieszać znikanie lodowców. W niektórych regionach świata algi mogą przyspieszać topnienie od kilkunastu do kilkudziesięciu procent.

Kolorowa Arktyka - różne kolory loduKolorowa Arktyka - różne kolory lodu Fot. Krzysztof Zawierucha

Dodatkowo powierzchnia lodowca może być "kolorowana" przez pyły pochodzące z lokalnego i dalekiego transportu. Materiał mineralny na lodowcu może pochodzić z pobliskich zboczy górskich lub z dalszych zakątków świata, nawet z Sahary. Lodowiec jest wówczas pokryty cienką warstwą mineralną, której kolor zależny jest od jej źródła. Skały pełne żelaza będą wpływały na rdzawy kolor powierzchni lodu, pył z Sahary będzie delikatnie żółty, pył z wybuchów wulkanicznych będzie zaś ciemny. Niewielkie ziarenka mineralne w pyle to bomba składników odżywczych dla mieszkańców lodu. Pod wpływem wietrzenia fizycznego (czyli niszczenia ziaren przez mróz) z ziaren mineralnych uwalniane są składniki odżywcze. Niekiedy organizmy lodowe (np. sinice) przyspieszają to uwalnianie w procesie wietrzenia biologicznego.

Człowiek również "koloruje" lodowce. Niestety, tu na palecie kolorów znajdziemy tylko czerń. Industrializacja i produkcja przemysłowa doprowadziły do uwolnienia znacznych ilości czarnego węgla (ang. black carbon), który transportowany jest razem z prądami powietrznymi z regionów zindustrializowanych w regiony dziewicze. Pył ten osiada na lodowcach i okrywa je ciemnym płaszczem, co jeszcze bardziej przyspiesza topnienie lodu. To tak, jakbyśmy w upał mieli włożyć czarny płaszcz i położyć się na plaży. Zanieczyszczenie czarnym węglem jest szczególnie dotkliwe na lodowcach w centralnej Azji.

Kolor kriokonitu

Na lodowcach w Arktyce bardzo ciekawą formą są niewielkie oczka wodne nazywane otworami kriokonitowymi (ang. cryoconite holes). Kriokonit to ciemna mieszanka frakcji mineralnej i organicznej, którą możemy zobaczyć na powierzchni lodowców. Kolor kriokonitu jest bardzo zmienny i jest wynikiem wzajemnej gry pomiędzy lokalną geologią, czyli kolorem skał, jakie otaczają lodowiec, ilością materii organicznej, która mogła na lodowiec zostać nawiana lub wyprodukowana na miejscu przez mikroskopijne rośliny i bakterie, aż po pigment organizmów, które żyją na powierzchni lodu. W miejscach nagromadzenia kriokonitu skupiają się promienie słoneczne, podgrzewają kriokonit i wytapiają wspomniany już otwór.

Otwory kriokonitoweOtwory kriokonitowe Fot. Krzysztof Zawierucha

To prawdziwe centrum bioróżnorodności na lodowcu. Prym wiodą tam sinice, fotoautotroficzne [żywiące się w drodze fotosyntezy - red.] bakterie, które nazywamy inżynierami ekosystemów kriokonitowych, z kolei na samej górze łańcucha pokarmowego znajdują się mikroskopijne zwierzęta, takie jak wrotki i niesporczaki. System wydaje się bardzo uproszczony, dlatego naukowcy traktują takie otwory jako model w badaniach funkcjonowania ekstremalnych ekosystemów. Temperatura jest tam stała i nie przekracza 0.1°C, jest tylko kilku producentów pierwotnych i kilka mikroskopijnych zwierząt wręcz "wypasających się" na osadzie pełnym sinic i alg. Intensywnie topniejący lód wraz z deszczem często wypłukuje kriokonit i jego mieszkańców na powierzchnię lodowca. Tam z kolei rozpoczyna się proces nowego formowania otworów kriokonitowych. Osad i organizmy ponownie skupiają na sobie promieniowanie słoneczne i wytapia się nowy otwór. Są to niezwykle dynamiczne, słabo poznane i fascynujące ekosystemy.

W ostatnich kilku latach zwrócono także uwagę na grzyby żyjące we wspomnianym już kriokonicie. Tak samo jak w przypadku reszty lodowych mieszkańców, żeby je poznać, musimy użyć mikroskopu. Dopiero pod sporym powiększeniem odkryjemy ich różnorodność oraz barwę, zwykle ciemny pigment. Pełnią one ważną funkcję w obiegu materii na lodowcach, są też istotnie związane z algami i kriokonitem. Ich biomasa zwiększa się wraz z zakwitami lodowych alg.

Chociaż mikroskopijni, to wciąż najwięksi przedstawiciele lodowych drapieżników - czyli niesporczaki i wrotki - też mogą być kolorowe. Przykładowo niesporczaki, czyli maleńkie, przypominające parówkę z czterema parami odnóży zwierzęta, na lodowcach mogą być brązowe lub nawet czarne. Te w Arktyce najczęściej są mlecznobiałe, jednak łatwo je dostrzec pod mikroskopem, ponieważ mają "brzuszki" pełne kolorowych alg, którymi m.in. żywią się na lodowcach.

Niesporczaki - jak zmiany klimatu w Arktyce wpływają na 'kosmiczne' bezkręgowce?Kryptobioza pozwala im przeżyć w próżni. Oto "wodne niedźwiedzie". Co robią w Arktyce?

Lodowcowe kwiaty

Po pracy kierujemy się w stronę naszej bazy wypadowej i zawsze przechodzimy przez błotniste lub kamieniste przedpole lodowca. Na pierwszy rzut oka obszar ten wydaje się po prostu szary i ponury, jednak to złudzenie. Przedpola, zwłaszcza obszary od dawna odkryte od lodu, są pełne kolorowych porostów, między kamieniami możemy znaleźć piękne rośliny naczyniowe. Są to między innymi: kwitnąca na purpuroworóżowy kolor lepnica bezłodygowa, wyglądająca jak kępa kwitnącego mchu, jasnożółty mak polarny czy wreszcie mała, zielona wierzba polarna, kuzynka znanych nam dużych drzew, nieprzekraczająca kilku centymetrów wysokości.

W Arktyce można zobaczyć też kwitnące rośliny.W Arktyce można zobaczyć też kwitnące rośliny. Fot. Krzysztof Zawierucha

Zmiany klimatu w Arktyce z perspektywy małych krzewinek. Na zdjęciu Agata Buchwał, doktor Nauk o Ziemi UAM.Zmiany klimatu w Arktyce z perspektywy małych krzewinek

Ekosystemy lądowe w Arktyce czasem wręcz lśnią zielenią. Gdy płynie się łodzią do brzegu arktycznego archipelagu Svalbard, widać wyraźnie, że w mozaice monumentalnych, niestety znikających lodowców, szczytów górskich i kamienistego wybrzeża zobaczymy rozległe mszarniki. Niektóre z nich schodzą ze zboczy górskich, inne pokrywają płaskie obszary wzdłuż wybrzeży.

Kiedy podpłyniemy do tych najbardziej lśniących zielenią miejsc, okaże się, że nad naszymi głowami latają ptaki, które gniazdują na półkach skalnych lub na zboczach górskich. Ptaki te żywią się bogactwem pożywienia arktycznych ekosystemów morskich. Alczyk, czyli najliczniejszy ptak Arktyki, zjada skorupiaki unoszące się w toni wodnej, z kolei drugi ważny gracz w regionach arktycznych, mewa trójpalczasta, żywi się rybami. Zarówno jeden, jak i drugi gatunek odgrywają ważną rolę w użyźnianiu ekosystemów lądowych. Takie dostarczanie składników odżywczych wpływa na wyższą biomasę mchów, porostów, a nawet małych krzewinek w Arktyce.

To z kolei daje odpowiednią przestrzeń do życia mikroskopijnym i większym zwierzętom. W swoich badaniach udowodniliśmy, że liczebność mikroskopijnych zwierząt w obszarach nawożonych przez ptaki jest istotnie wyższa niż w obszarach nienawożonych. Z kolei sąsiedztwo kolonii zachęca swoimi zasobami także kręgowce. W koloniach możemy spotkać brązowe w trakcie lata lisy polarne, biało-szaro-czarne bernikle oraz renifery spitsbergeńskie, które traktują sąsiedztwo kolonii jak stołówkę pełną różnorodnego pożywienia. Menu jest bogate, od piskląt po trawy obfitujące w witaminę C. W ostatnich latach naukowcy zaobserwowali na zielonych mszarnikach poruszające się obiekty z oddali wyglądające jak białe plamy. Są to oczywiście niedźwiedzie szukające w trakcie lata polarnego dodatkowych źródeł składników odżywczych, m.in. jaj ptasich. Te zielone mszarniki to wspaniały przykład tego, jak morze i zwierzęta mogą kształtować i kolorować lądowy krajobraz.

Kolorowa Arktyka - mchy i porostyKolorowa Arktyka - mchy i porosty Fot. Krzysztof Zawierucha

Ocieplenie klimatu wpływa niekorzystnie na regiony arktyczne. Obowiązkiem naukowców jest dokładny opis zachodzących zmian i przewidywanie związanych z tym konsekwencji. Ekosystemy morskie podlegają poważnym przekształceniom, co z kolei wpłynie na populacje ptaków użyźniających tundrę. Lodowce cofają się, a wraz z nimi giną niepoznane, zimnolubne gatunki mikroskopijnych roślin i zwierząt. Dokładny opis funkcjonowania ekosystemów lodowych oraz różnorodności ich mieszkańców jest niezwykle ważny dla przewidywania konsekwencji związanych ze znikaniem kriosfery, jak np. zmian w ilości składników odżywczych i materii organicznej dostarczanych do sąsiadujących z lodowcami ekosystemów. Jakie barwy Arktyki ujrzą przyszłe pokolenia? Tego nie wiemy, ale wiemy, że globalne ocieplenie wpłynie na ekosystemy Arktyki negatywnie. Nie wygląda to kolorowo.

Dr Krzysztof Zawierucha, UAMDr Krzysztof Zawierucha, UAM Archiwum prywatne

Krzysztof Zawierucha - adiunkt w Zakładzie Taksonomii i Ekologii Zwierząt na Wydziale Biologii UAM w Poznaniu. Prowadzi interdyscyplinarne badania nad bioróżnorodnością i funkcjonowaniem ekosystemów lodowych. Szczególnie interesują go wpływ zmian klimatu na zimnolubne organizmy oraz wpływ mikroskopijnych zwierząt na funkcjonowanie ekosystemów lodowych. Obecnie współpracuje z szerokim gronem naukowców z zagranicy w celu zrozumienia funkcjonowania otworów kriokonitowych, czyli niewielkich oczek wodnych na lodowcach. Główny poligon badań to Alpy, Skandynawia i Svalbard. Poza badaniami zajmuje się także popularyzacją nauki - wygłasza wykłady oraz pisze artykuły dla szerokiego grona odbiorców.

Więcej o: