Odkrywamy tajemnice wyjątkowej sieci pokarmowej roślin i owadów w lasach tropikalnych
„Nasz dom płonie”. Metafora ta, wykorzystywana często w celu opisywania katastroficznych pożarów, które niszczyły Amazonię pod koniec ubiegłego roku, stanowiła także sygnał do działania dla naukowców. Nadszedł czas, by rozwikłać tajemnice tropikalnych lasów deszczowych, nie tylko ze względu na wiedzę naukową, lecz również w celu potwierdzenia ich znaczenia dla świata oraz z nadzieją na opracowanie lepszych strategii ich ochrony. W tym wyścigu z czasem liczy się absolutnie każde działanie. Spójrzmy na przykład na projekt Diversity6continents. Dzięki badaniom sieci pokarmowych roślin i owadów w Papui-Nowej Gwinei, Kamerunie i Panamie jego uczestnicy pogłębiają nasze zasoby wiedzy na temat fundamentów różnorodności biologicznej lasów tropikalnych i czynników, które sprawiają, że jest ona dużo większa niż w przypadku lasów występujących w klimacie umiarkowanym. To jednak nie jest wszystko – wyjątkowe podejście zastosowane w ramach projektu, obejmujące bezpośrednie zaangażowanie społeczności lokalnych, może doprowadzić docelowo do zwiększenia wśród nich wsparcia dla różnorodnych strategii ochrony. Główny badacz projektu Diversity6continents Vojtech Novotny opowiedział nam więcej na ten temat w czasie wywiadu.
Fakt, że w lasach tropikalnych występuje największa różnorodność biologiczna, można w zasadzie uznać za coś oczywistego. Co skłoniło pana do dalszego badania fundamentów, na których opiera się ten stan rzeczy? Jakie luki w wiedzy starał się pan uzupełnić?
Vojtech Novotny: Różnorodność biologiczna lasów tropikalnych jest rzeczywiście dobrze znanym faktem, jednak wiemy zaskakująco mało na temat choćby przybliżonego zakresu tej różnorodności, zwłaszcza w przypadku owadów. Z naszych szacunków wynika, że w nizinnych lasach deszczowych może współżyć nawet do 9 600 różnych gatunków roślinożernych owadów, a każdy spośród tych gatunków ma jedną lub kilka roślin żywicielskich oraz olbrzymią grupę pasożytów, patogenów i polujących na nie drapieżników. Bez zmapowania i zrozumienia tej złożonej sieci interakcji między różnymi gatunkami nie możemy mieć żadnej nadziei na zrozumienie sposobów działania ekosystemów leśnych. Nie dowiemy się na przykład, co się dzieje, gdy dodajemy lub usuwamy dany gatunek. Nie dysponujemy odpowiedzią nawet na tak elementarne pytanie. Nie możemy twierdzić, że rozumiemy dany system, jeśli nie jesteśmy w stanie przewidzieć jego zachowania.
Co sprawia, że sieci pokarmowe roślin i owadów są tak szczególne?
Kluczową tajemnicą różnorodności lasów tropikalnych jest liczba gatunków roślin, która jest w stanie współistnieć w jednej przestrzeni. Na naszej działce badawczej w Papui-Nowej Gwinei odkryliśmy łącznie 560 gatunków roślin drzewiastych porastających obszar o wymiarach 1x0,5 kilometra. Taka różnorodność przeczy teorii niszy ekologicznej, z której wynika, że każdy współistniejący gatunek musi mieć swoją własną niszę. Nie sposób jednak wyobrazić sobie 560 różnych nisz w sytuacji, w której wszystkie gatunki roślin potrzebują w zasadzie tych samych zasobów. Zwykle spodziewalibyśmy się jednego lub kilku gatunków drzew, które najlepiej dostosowały się do lokalnego klimatu i warunków glebowych, dominujących nad pozostałą roślinnością. Z naszych badań wynika jednak, że nawet najbardziej rozpowszechnione gatunki na naszej działce badawczej stanowiły wyłącznie 3 % wszystkich drzew.
Jak wyjaśni pan taką rozbieżność?
Najbardziej obiecującą teorią zdaje się być hipoteza Janzena-Connella, z której wynika, że roślinność jest kontrolowana przez organizmy roślinożerne i patogeny w sposób zależny od gęstości, co w praktyce przekłada się na negatywne konsekwencje nadmiernego rozpowszechniania, ponieważ najliczniej występujące gatunki są niewspółmiernie atakowane przez swoich naturalnych wrogów. To właśnie dlatego szkółki leśne i lasy hodowlane zmagają się z tak dużą liczbą szkodników. Teoria ta została opublikowana 50 lat temu, jednak dopiero teraz zaczęliśmy jej dokładną weryfikację na podstawie roślinożernych owadów oraz patogenów grzybiczych. Wyniki naszych badań, opublikowane niedawno w czasopiśmie „Journal of Ecology”, wskazują że organizmy roślinożerne zapewniają utrzymanie różnorodności roślinności w lasach deszczowych, nawet pomimo sukcesji ekologicznej w sytuacjach, gdy las deszczowy regeneruje się po problemach. Według dotychczasowych teorii początki sukcesji wtórnej miały opierać się wyłącznie na konkurencji wśród roślin, jednak z naszych obserwacji wynika, że owady również odgrywają ważną rolę w kształtowaniu sukcesyjnej roślinności. Badania toczą się dwutorowo. W pierwszej kolejności przygotowujemy dokładną dokumentację złożonych sieci interakcji pomiędzy roślinami i roślinożercami, które mogą obejmować nawet 40 000 różnorodnych interakcji pomiędzy tymi organizmami w jednym miejscu, a następnie przeprowadzamy dość prymitywne doświadczenia – przy pomocy środków owadobójczych zabijamy wszystkie owady na danym obszarze i obserwujemy skutki. Prawdziwe wyzwanie polega na połączeniu obu torów tych badań – w szczególności biorąc pod uwagę fakt, że tego rodzaju doświadczenia są obecnie uznawane za co najmniej kontrowersyjne – aby na ich podstawie dowiedzieć się, które organizmy roślinożerne są mniej lub bardziej istotne w kształtowaniu roślinności lasów deszczowych.
Co sprawia, że to podejście jest szczególnie innowacyjne?
W miejsce standardowych protokołów botanicznych, zakładających monitorowanie drzew o pniach o średnicy większej niż 5 centymetrów na obszarze 1 hektara, badania prowadzone w lasach tropikalnych opierają się na badaniu obszaru 50 hektarów i drzew o pniach o średnicy większej niż 1 centymetr. Po raz pierwszy takie rozwiązanie, które zwiększyło trzystukrotnie liczbę drzew badanych na danej działce, zostało zastosowane w 1980 roku w Panamie. W ramach prowadzonych badań nasz zespół zwiększa w podobny sposób zakres analiz sieci pokarmowych roślin i owadów – gromadzenie ograniczonych próbek z poszczególnych drzew zastępujemy kompleksowymi analizami działek o powierzchni od 0,1 do 1 hektara. Pobieranie próbek w ten sposób wymaga dostępu do okrywy leśnej, specjalnych żurawi i ruchomych podestów montowanych na samochodach ciężarowych, a nawet ścinania drzewostanu. Co prawda ta ostatnia metoda nie brzmi zupełnie jak działanie ukierunkowane na ochronę przyrody, jednak mamy wiele możliwości, by zbierać próbki bez przyczyniania się do wylesiania lasów Amazonii, zwłaszcza gdy współpracujemy z ludnością rdzenną, która wycina i wypala lasy w celu powiększania pól uprawnych. Dzięki nowym zestawom danych obejmującym informacje na temat kompleksowych sieci pokarmowych roślin i organizmów roślinożernych, gromadzonym na poszczególnych obszarach leśnych, możemy przeprowadzać nowe rodzaje analiz, w tym dokładniejsze porównania między lasami strefy tropikalnej i umiarkowanej.
Jakie są pańskim zdaniem najważniejsze osiągnięcia projektu?
Z naszych analiz wynika, że globalne wzorce różnorodności można wytłumaczyć przy pomocy równoległych wzorców różnorodności roślin w przypadku niektórych, lecz nie wszystkich taksonów owadów. Na przykład gatunki minowców, które wygryzają tunele w tkankach liści, wiernie odzwierciedlają różnorodność roślin. Przeciętny europejski gatunek drzewa jest żywicielem podobnej liczby minowców o podobnej specjalizacji żywicielskiej jak drzewo tropikalne. Z kolei zachowanie mrówek jest w tym wypadku zupełnie inne – z modeli opierających się na różnorodności roślin wynika, że Europa powinna być domem dla dużo większej liczby gatunków mrówek. Co ciekawe, rośliny określają różnorodność roślinożernych owadów za pomocą zasobów, które dostarczają, a jednocześnie owady mogą decydować o tym, jak wiele gatunków roślin może współistnieć w danym siedlisku, ograniczając możliwość dominacji poszczególnych gatunków. W praktyce mamy do czynienia z prawdziwym meksykańskim impasem pomiędzy roślinami i roślinożercami w lasach tropikalnych.
Co jeszcze jest w planach przed zakończeniem projektu?
Obecnie jesteśmy w trakcie prowadzenia szczegółowego gromadzenia próbek przy pomocy nowego żurawia zbudowanego w Papui-Nowej Gwinei – obecnie osiągnął pełną sprawność i jest dostępny dla naukowców na całym świecie. Pomimo obecnych ograniczeń w przemieszczaniu się nasi lokalni pracownicy korzystają z żurawia w pełnym wymiarze godzin, dokumentując sieć pokarmową roślin i organizmów roślinożernych na całym obszarze operacyjnym, który obejmuje 0,8 hektara nizinnego lasu deszczowego. W tym samym czasie nasze europejskie laboratoria pracują nad lepszymi metodami analitycznymi, których celem jest porównywanie sieci pokarmowych w lasach tropikalnych i tych występujących w klimacie umiarkowanym. Nie jest to proste zadanie, zwłaszcza gdy weźmiemy pod uwagę fakt, że sieci te różnią się pod wieloma względami, od różnorodności i występowania roślin i organizmów roślinożernych, aż po różnorodność filogenetyczną i wzorce interakcji troficznych.
W jaki sposób pańskim zdaniem realizowany projekt może przyczynić się do ochrony różnorodności biologicznej, zwłaszcza biorąc pod uwagę aktualny kontekst – niespotykane dotąd zagrożenie dla lasów deszczowych i rosnącą konieczność podjęcia działań politycznych?
Nie możemy skutecznie chronić systemów, których nie rozumiemy, dlatego wszystkie badania, które przyczyniają się do zwiększenia naszej wiedzy na temat ekologii, mają pewien wpływ na ochronę przyrody. Dostrzegam jednak znacznie ważniejszą kwestię dotyczącą wpływu naszych badań na ochronę przyrody – sposób ich prowadzenia, który moim zdaniem jest ważniejszy od uzyskanych dotychczas wyników. We wszystkich trzech krajach – Papui-Nowej Gwinei, Kamerunie i Panamie – w naszych badaniach uczestniczą lokalni badacze, technicy i studenci, dla których często jest to pierwszy kontakt z „prawdziwymi” badaniami naukowymi. „Budowanie potencjału” zdaje się być niemal pustym frazesem, a zapewnienia dotyczące tej kwestii pojawiają się niemal we wszystkich wnioskach o dotacje na badania nad lasami deszczowymi, jednak prawda jest taka, że realizacja tego celu jest możliwa tylko i wyłącznie dzięki długotrwałym szkoleniom dla studentów i naukowców. Warto także pamiętać o tym, że lokalne możliwości badawcze są niezbędne dla skutecznej ochrony przyrody. Międzynarodowe organizacje zajmujące się ochroną przyrody tradycyjnie odnoszą mniejsze sukcesy w obszarach tropikalnych, ponieważ zazwyczaj są tam intruzami, często nieakceptowanymi przez lokalne społeczności. Trzeba jednak zauważyć, że ta kwestia uległa w ostatnich latach znaczącej poprawie. Bez akceptacji, zwłaszcza wśród lokalnej społeczności akademickiej, osiągnięcie celu, jakim jest ochrona przyrody w obszarach tropikalnych, będzie zwyczajnie niemożliwe. W naszych pracach w Papui-Nowej Gwinei uczestniczą rdzenne społeczności, które są właścicielami terenów leśnych i podejmują decyzje na temat ich wycinki lub ochrony. Wiele osób tego nie zauważa, jednak rdzenni mieszkańcy nie są urodzonymi obrońcami przyrody – potrzebują źródła dochodów, które może pokryć straty poniesione w wyniku porzucenia planów przekształcania gruntów w obszary rolne lub hodowlane na rzecz ochrony przyrody. Nasze badania stanowią dla nich takie źródło dochodów, co przekłada się na skuteczną współpracę pomiędzy międzynarodowymi organizacjami ochrony przyrody i społecznościami lokalnymi. Nasza infrastruktura badawcza, taka jak żuraw oraz stała działka, którą wykorzystujemy do badania dynamiki lasów, przyciąga inne zespoły badawcze. Dzięki temu nasze badania bezpośrednio przyczyniają się do utrzymywania dwóch obszarów ochrony w lasach tropikalnych. Mam także nadzieję, że zainspirują one innych badaczy w innych częściach obszarów tropikalnych.
Słowa kluczowe
Diversity6continents, lasy tropikalne, owady, rośliny, sieć pokarmowa
