Rośliny i owady ewoluowały wspólnie, aby pojawić się mniej więcej w tym samym czasie na wiosnę. Marek Mierzejewski/Shutterstock

Żywopłoty w połowie lutego tradycyjnie były białe od śniegu; w tym roku biel była dziełem kwiatów tarniny – zwiastuna wiosny. Chociaż jest to znak powitalny po mokrej i ponurej zimie, wczesne kwitnienie powoduje niepokój doświadczonych obserwatorów sezonu. Czy ta roślina zawsze kwitła w połowie lutego, zastanawiałam się, czy coś się zmienia?

Na szczęście nauka o rejestrowaniu i rozumieniu wydarzeń sezonowych, czyli fenologia, ma w Wielkiej Brytanii długą historię. Roberta Marshama, XVIII-wieczny przyrodnik, prowadził zapisy dotyczące pojawiania się kwiatów, ptaków i owadów w swojej wiosce w Norfolk już w 18 r. Potomkowie Marshama kontynuowali rejestrację do 1736 r. Woodland Trust podtrzymuje tę tradycję z Kalendarz natury, program, w ramach którego zaprasza się społeczeństwo do nagrywania różnych wydarzeń sezonowych.

Szczegółowa analiza z prawie pół miliona zapisów roślin przeprowadzonych przez naukowców w 2022 r. wykazało, że gdy wszystkie gatunki rozpatrywane są łącznie, średni czas kwitnienia w Wielkiej Brytanii wydłużył się o miesiąc w ciągu ostatnich 40 lat. Występowały różnice między gatunkami. Głóg, roślina żywopłotowa, kwitnie na ogół 13 dni wcześniej niż na początku lat 1980. XX wieku, podczas gdy kwiaty kasztanowca pojawiają się dziesięć dni wcześniej.

Od lat 1980. klimat gwałtownie się ocieplił. Kwitnąc wcześniej, rośliny zauważają, że zimy stają się coraz krótsze i łagodniejsze. Wyczuwają, że dni stają się coraz cieplejsze i zmieniają swój wiosenny rozwój w sposób podobny do tego, jak ludzie odczuwają ciepło na skórze i w związku z tym wychodzą z mniejszą liczbą warstw odzieży. Dokładne mechanizmy wykrywania tych sygnałów różnią się u roślin i zwierząt, ale oba reagują na zmiany klimatu.

Wykrywanie światła i ciepła bez oczu i skóry

Rośliny wykrywają krótsze jesienne dni za pomocą pigmentu zwanego fitochromem, który jest szczególnie wrażliwy na długości fal z czerwonego obszaru widma elektromagnetycznego. Dłuższe jesienne noce zmieniają jakość tego czerwonego światła. Chociaż ta subtelna zmiana umyka ludziom (nasze oczy nie są wrażliwe na tę część widma), roślina może wykryć to przejście i zacząć się zmieniać.

Tak jak jesień może spowodować spadek poziomu hormonu serotoniny we krwi, tak roślina, która wyczuła nadejście zimy, zwiększy produkcję hormonu zwanego kwasem abscysynowym. Ma to wiele skutków. Na drzewach liściastych gałązki przestają rosnąć i rozwijają mocne pąki zimowe, które są w stanie przetrwać mróz i śnieg oraz opadają liście.

Wzrost wiosną zależy od podobnych czynników wyzwalających długość światła i temperaturę, ale temperatura zazwyczaj odgrywa bardziej znaczącą rolę. Gdyby rośliny zwracały uwagę tylko na światło, istniałoby ryzyko, że rozpoczną wzrost, gdy śmiertelne przymrozki nadal stanowią zagrożenie, lub że stracą dobry okres wegetacji w łagodne wczesne wiosenne dni. Detekcja temperatury określa, kiedy pojawiają się wiosenne kwiaty. Dlatego też globalne ocieplenie jest widoczne we wcześniejszym pojawieniu się tych kwiatów.

Nie do końca wiadomo, w jaki sposób rośliny wykrywają temperaturę. Część z nich może być spowodowana rozkładem hormonu zatrzymującego wzrost w komórkach, gdy powietrze spadnie poniżej określonej temperatury, co z kolei umożliwia wzrost poziomu hormonu wzrostu.

Podczas gdy ludzie mają w skórze nerwy umożliwiające wykrywanie temperatury, rośliny prawdopodobnie polegają na pigmentach, choć mechanizm nie jest w pełni poznany. Ciepło należy do tego samego widma elektromagnetycznego, na które wrażliwy jest fitochrom, więc prawdopodobnie bierze w nim udział ten pigment. Niezależnie od mechanizmów odpowiedzialnych za inicjowanie wzrostu, temperatura określa również szybkość wzrostu roślin.

Kwiaty i zapylacze nie są zsynchronizowane

Owady zapylające, takie jak pszczoły, muszą zsynchronizować swoje cykle życiowe, aby w momencie pojawienia się kwiatów, którymi się żywią, znajdowały się na skrzydle. Moment ich pojawienia się po zimie zależy również od wpływu temperatury i długości dnia, na który wpływają hormony.

Ewolucja działająca na wiele pokoleń zapylaczy stworzyła ścisły związek między pojawieniem się kwiatów a pojawieniem się ich zapylaczy. Jeśli pojawienie się kwiatów i zapylaczy nie jest zsynchronizowane, owady nie mają nektaru, a rośliny nie są nawożone.

Podobny związek istnieje między pojawieniem się liści a pasącymi się na nich owadami roślinożernymi. Szybkość zmian klimatycznych i niewielkie różnice w reakcji obu grup mogą spowodować zerwanie tej synchronizacji z poważnymi konsekwencjami dla obu stron.

Duże studium przeprowadzona przez niemieckich naukowców, którzy przyglądali się, kiedy w latach 1980–2020 pojawiły się kwiaty i ich zapylacze, przedstawiła złożony obraz. Obie zareagowały na zmiany klimatyczne wcześniejszym kwitnieniem i pojawieniem się, ale rośliny dokonały większej zmiany.

Występowały różnice między grupami owadów, pszczoły i motyle zmieniały się synchronicznie z roślinami, ale nie zaobserwowano tego w przypadku bzygów. Występowały także różnice między gatunkami tych owadów.

Nawet jeśli rośliny i zależne od nich owady zmieniają się synchronicznie, kolejny etap łańcucha pokarmowego może nie być tak elastyczny. Liście dębu żywią się gąsienicą ćmy dębowej. To z kolei stanowi podstawowy pokarm piskląt ptaków takich jak modraszka i muchołówka żałobna tekst linku. Pisklęta wykluły się mniej więcej w tym samym czasie, podczas gdy liście dębu i gąsienice pojawiły się wcześniej i jak dotąd pozostają w synchronizacji. Ale jak długo?

Kwiaty tarniny pozostają mile widzianą ulgą od zimy i znakiem zbliżającej się wiosny. Ale są także oznaką zmiany klimatu: rozwijającym się eksperymentem dotyczącym czasu i synchronizacji roślin i zwierząt – oraz skomplikowanych łańcuchów pokarmowych, których są częścią.

Paula Ashtona, Kierownik Biologii, Uniwersytet Edge Hill

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

ING