Podręczniki trzeba będzie pisać od nowa

[b]Za międzynarodowe badania, w których pan uczestniczył, otrzymał pan nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Czego dotyczyły owe badania? Jakie najważniejsze wnioski płyną z tych prac i jakie mają praktyczne znaczenie?[/b]

Nagrodę fundacji otrzymałem za wkład w badania opisujące globalną zmienność kluczowych cech liści: natężenia asymilacji dwutlenku węgla, oddychania, ich składu chemicznego, struktury i długości życia. Wybór liści jako obiektu naszych badań nie był oczywiście przypadkowy. Powszechnie wiadomo, że odgrywają one podstawową rolę w funkcjonowaniu ekosystemów lądowych, są odpowiedzialne za pobieranie składników mineralnych przez rośliny, a rozkład obumarłych liści jest mechanizmem napędowym cykli biologicznych i geochemicznych na Ziemi. Są też one elementem pożywienia wielu organizmów heterotroficznych (cudzożywnych), poczynając od ludzi i zwierząt, a na grzybach kończąc. Liście w znacznym stopniu kontrolują też obiegi węgla i azotu – dwóch podstawowych pierwiastków warunkujących życie na naszej planecie. Poprzez procesy transpiracji, odbijania promieniowania słonecznego, pochłaniania (fotosynteza) i emisji (oddychanie) CO[sub]2[/sub] mają też istotne znaczenie w regulacji klimatu. Warto pamiętać, że w procesie fotosyntezy rokrocznie usuwanych jest z atmosfery blisko 19 razy więcej zawartego w CO2 węgla, niż wynosi jego emisja ze spalania węgla, ropy naftowej i z innych źródeł antropogenicznych. Dlatego też poznanie czynników regulujących pracę liści ma istotne znaczenie zarówno ze względów poznawczych, jak i praktycznych. Dzięki naszym badaniom możliwe jest poznanie i zrozumienie wielkoobszarowej zmienności cech roślin. Dla przykładu: wprowadzanie do ekosystemów leśnych gatunków drzew z wysoką zawartością wapnia w liściach (np. klonów czy lipy) w szybkim tempie, bo już po upływie około 30 lat, powodować będzie spadek kwasowości gleby, wzrost masy i bogactwa gatunkowego drobnej fauny glebowej, zwiększenie się tempa rozkładu ściółki. Możemy też sterować zmianami w odwrotnym kierunku poprzez wprowadzanie do drzewostanów gatunków iglastych – modrzewia, sosny czy świerku. Zrozumienie tego rodzaju zależności pozwala poprzez np. zalesienia na przewidywanie i ukierunkowywanie procesów ekosystemowych, a uproszczenie ekologicznej kompleksowości umożliwia przewidywanie zachowania się ekosystemów na wyższych poziomach (regionalnym czy globalnym).

[b]Przebadali państwo rośliny z kilkuset miejsc na świecie. Jakie były kryteria wyboru stanowisk i gatunków? I jak możliwe jest zorganizowanie badań na tak ogromną skalę?[/b]

Istotnie. Przebadaliśmy przeszło 1 proc. z 250 000 gatunków roślin naczyniowych na Ziemi i stworzyliśmy największą tego typu bazę danych. W wyborze stanowisk staraliśmy się uwzględniać wszystkie możliwe ekosystemy, strefy klimatyczne i kontynenty. Dzięki temu w bazie danych znalazły się rośliny od arktycznej tundry do deszczowych lasów tropikalnych, od gorących do chłodnych obszarów pustynnych, od lasów borealnych do ekosystemów stepowych. Są w niej rośliny z różnych wysokości nad poziomem morza – od regionów depresyjnych w Dolinie Śmierci w USA do 4800 m n.p.m. Średnia roczna temperatura powietrza miejsca pochodzenia roślin wahała się do -16 do 27 st. C, a roczne opady od mniej niż 150 do 5300 mm. W głównych pracach skoncentrowaliśmy się na podstawowych cechach liści (długości ich życia, struktury, natężenia oddychania i fotosyntezy oraz zawartości dwóch podstawowych biogenów – azotu i fosforu). A wszystko to stało się możliwe poprzez połączenie wysiłków 33 badaczy z 27 instytucji w 15 krajach i dalsze uzupełnienie powstałej bazy danych o informacje z literatury. Finalne opracowania powstały w znacznej części na wariackich papierach. Bez dodatkowego wsparcia finansowego grantodawców. To, że wszystkie publikacje z tego projektu stały się w ciągu kilku lat pracami klasycznymi, potwierdza jeszcze raz, jak ważny w postępie naukowym jest pomysł i międzynarodowa współpraca.

[b]Jak badania nad fizjologią liści mogą prowadzić do wniosków o globalnych zmianach klimatu?[/b]

Liście są odpowiedzialne za znaczną część obiegu dwutlenku węgla na naszej planecie. Jest to, jak wiadomo, jeden z gazów cieplarnianych mających wpływ na temperaturę. Dodatkowo, powstające w procesie asymilacji CO[sub]2[/sub] cukry są podstawowym budulcem materii organicznej prowadzącej do unieruchamiania przez pewien czas węgla – na przykład w drewnie pni czy korzeniach drzew. Zawartość węgla w materii organicznej waha się od ok. 43 proc. w liściach do ok. 47 proc. w drewnie. Tylko w lasach, a jest ich blisko 4 miliardy hektarów, zmagazynowane są gigantyczne ilości tego pierwiastka. Poznanie wzajemnych zależności między wspomnianymi wcześniej cechami liści umożliwia więc prognozowanie nie tylko produktywności ekosystemów roślinnych, ale i elementów globalnych zmian klimatycznych.

[b]W jakich głównych kierunkach toczą się dziś badania botaniczne na świecie? Co jeszcze próbują odkryć naukowcy w tej dziedzinie? [/b]

Badania są oczywiście bardzo różnorodne, ale przeważają prace eksperymentalne. W totalnym odwrocie jest niestety klasyczna systematyka. Przedstawiciele tej dyscypliny są ginącym gatunkiem! Znalezienie dobrego systematyka jest w tej chwili znacznie trudniejsze niż genetyka albo biologa molekularnego. Taki sam regres przeżywają systematycy z innych dziedzin biologii. Polska też wkroczyła na tę drogę. Na szczęście są jeszcze katedry systematyki na naszych uczelniach.

[b]A co pana szczególnie interesuje zawodowo?[/b]

Jednym z tematów, którymi się zajmuję, jest poznanie między- i wewnątrzgatunkowej zmienności drzew na działanie czynników środowiska. Staramy się zrozumieć, jakie są zdolności przystosowawcze roślin o dużych zasięgach naturalnego rozmieszczenia. Na przykład, najczęściej występujące u nas drzewo – sosna zwyczajna – zajmuje gigantyczny obszar rozciągający się od Hiszpanii do Morza Ochockiego i od północy Skandynawii po Turcję. W rozważaniach na temat wpływu globalnych zmian na poszczególne gatunki drzew niezwykle rzadko bierze się w ogóle pod uwagę, że drzewa na tak rozległych terenach, ze skomplikowaną historią migracji w okresach polodowcowych i zajmujące obszary o bardzo zróżnicowanych warunkach klimatycznych, mogą w różny sposób reagować na ten sam rodzaj zmian klimatycznych. W swoich badaniach wykorzystaliśmy między innymi zakładaną w ostatnim stuleciu sieć tzw. doświadczeń proweniencyjnych sosny zwyczajnej, w których, w różnych warunkach klimatycznych, hoduje się drzewa pochodzące z różnych części jej zasięgu. Tego rodzaju doświadczenia prowadzili leśnicy w celu uzyskania wiadomości na temat wpływu pochodzenia nasion na produktywność i przeżywalność różnych ekotypów i rejonowania produkcji nasiennej. Niedawno przeanalizowaliśmy wyniki większości doświadczeń tego typu, aby poznać reakcje różnych populacji sosny na ocieplenie klimatu. Po przeanalizowaniu wyników z 90 powierzchni z terenu Europy okazało się, że nawet stosunkowo nieznaczne ocieplenie będzie wpływało na tempo wzrostu i śmiertelność drzew tego gatunku. Ten wpływ będzie jednak zależał od pochodzenia ekotypu. Nie jest to niestety wiadomość, która może nam ułatwić przewidywania. Uogólnienia wyników na podstawie incydentalnych pomiarów na jednym lub kilku powierzchniach nie pozwolą nam na projekcje tego na resztę zasięgu tego gatunku. Od roku badamy też eksperymentalnie wpływ podwyższenia o 2 i 4 st. C temperatury gleby i roślin reprezentujących 11 gatunków roślin drzewiastych z pogranicza ich występowania na północy i w centralnej części Minnesoty w USA. Jednym z gatunków jest szakłak. W Polsce i innych częściach Europy jest to krzew stosunkowo rzadki, w Ameryce Północnej zaś jest jednym z najgroźniejszych gatunków inwazyjnych. Jest to pierwsze tego typu długoterminowe doświadczenie, w którym jednocześnie podgrzewane są gleba (za pomocą kabli-grzałek) i rośliny (przy użyciu lamp na podczerwień). Zaletą takiego układu doświadczalnego jest odejście od systemu obserwowania roślin w komorach, które wprowadzają dodatkowe elementy mogące zakłócać wyniki w postaci wzrostu wilgotności powietrza i konieczności sztucznego nawadniania. Już po pierwszym roku prowadzenia doświadczenia okazało się, że podniesienie temperatury wpływa na znaczne zmiany fenologii polegające na wcześniejszym rozpoczynaniu się sezonu wegetacyjnego i późniejszym jego zakończeniu, radykalnych zmianach temperaturowego optimum fotosyntezy, wzroście przesuszania gleby w podwyższonych temperaturach i zwiększeniu się tempa obiegu pierwiastków w glebie. Na razie jest to pierwsze na świecie doświadczenie, w którym ta technologia została wykorzystana. Jedną z przeszkód są wysokie koszty eksploatacyjne. W ciągu pierwszego roku trwania doświadczenia zużyliśmy 1,2 miliona kilowatów energii, czyli tyle, ile w USA zużywa 41 000 domów jednorodzinnych przez jeden dzień. Na sam tylko zbiór informacji biologicznych w ciągu jednego roku potrzeba było 16 000 osobogodzin. Osobistą satysfakcją dla mnie jest to, że technicznym zarządcą projektu jest mój były magistrant z Polski Artur Stefański, który doskonale sobie radzi na tym stanowisku.

[b]Tegoroczna edycja konferencji Science and Art in Europe poświęcona jest ekologii, energii i klimatowi. Jaką rolę w rozwiązywaniu najważniejszych problemów energetycznych i klimatycznych odgrywa botanika?[/b]

W tego typu badaniach rośliny występują w podwójnej roli. Z jednej strony są one ważnym czynnikiem ekologicznym i klimatotwórczym, z drugiej zaś wykazują znaczną podatność na wszelkiego rodzaju zmiany klimatyczne i środowiskowe. Nie jest więc dla nikogo niespodzianką, że są one w centrum zainteresowania badań poświęconych ekologii i klimatowi. Kluczowym zagadnieniem jest opracowanie i poprawa już istniejących modeli zachowania się roślin w zmieniającym się środowisku. Przy okazji, oczywiście, zdobywamy masę nowych danych na temat biologii i ekologii roślin. Akumulacja wiedzy doprowadza do tego, że wiele zagadnień w przyszłych podręcznikach trzeba będzie opisać od nowa.

[b]Wydawałoby się, że o drzewach towarzyszących nam niemal na każdym kroku powinniśmy już wiedzieć wszystko. Nie wiemy?[/b]

Zadziwiające jest to, jak wiele tajemnic kryją w sobie drzewa i na ile wyspowa jest wiedza o nich. Wiele wiemy o ważnych gospodarczo gatunkach, o zasadach ich hodowli. Umiemy je mierzyć i przewidywać przyrost, wiemy, jak dostosowywać zabiegi gospodarcze do ich biologii. Ale nawet w tym przypadku, gdy sięgamy do zagadnień związanych na przykład z biologią i biomasą korzeni, wiemy już zadziwiająco mało. Korzenie nie mają znaczenia gospodarczego. Nimi się nie handluje. Ten brak wiedzy o nich mści się na nas w tej chwili, czyniąc modele obiegu węgla mniej wiarygodnymi. Przy blisko 4 miliardach hektarów lasów na świecie różnica rzędu 1 proc. w alokacji biomasy do korzeni to ekwiwalent 40 milionów hektarów masy części nadziemnej! Jakie jest tempo rozkładu korzeni? Na ile będzie ono różne na głębokości 20 cm, a jakie na 2 m? Bardzo niewiele wiemy też o możliwościach przystosowawczych roślin do nowych warunków. Badania palinologiczne wskazują, że we wcześniejszych okresach zmian klimatycznych poszczególne gatunki raczej migrowały, a nie przystosowywały się do nowych warunków, zmieniając swoją fizjologię i biologię. Stan naszej wiedzy na ten temat jest niedostateczny, by definitywnie rozstrzygnąć, jak może być tym razem.

[b]Badanie drzew to zadanie rozpisane chyba na pokolenia. Dendrolog żyje przecież znacznie krócej niż obiekty jego badań.[/b]

Tak! Żyjemy stanowczo zbyt krótko, by zakończyć wiele własnych doświadczeń. Jak już wspomniałem, interesują mnie doświadczenia proweniencyjne. 30 lat temu część praktyk na studiach leśnych odbywaliśmy w miejscach ulokowania w doświadczeniach proweniencyjnych założonych w latach 1910 – 1916 przez prof. Wasilija D. Ogijewskiego. Moim kolegą na tym samym roku był prawnuk profesora, Dima Ogijewski. Dzisiaj on sam jest już dziadkiem, a doświadczenie jeszcze nie jest skończone! Nieprzystawalność długości naszego życia do obiektu naszych badań ma też wiele innych wymiarów. Znaczna część doświadczeń leśnych popada w zapomnienie wraz z odejściem ich założycieli. Gubiona jest dokumentacja. Zmianom ulegają instytucje, granice państwowe i mody. Zupełnie nieprzystosowany do prowadzenia tego rodzaju długoterminowych badań jest też nasz system finansowania nauki oparty na kilkuletnich projektach. Mnie się na przykład marzy doświadczenie, w którym można by poznać, jak długo rozkładają się korzenie na różnych głębokościach, gdzie występuje też gradient rozkładających je mikroorganizmów. Tego typu doświadczenie powinno być zaplanowane na 15 – 20 (albo i więcej) lat. Znalazłem dostatecznie młode osoby, które zgodziłyby się to badać. Jestem jednak przekonany o tym, że nikt na świecie nam takiego grantu nie przyzna. A sprawa nie jest przecież trywialna. Mówimy o jednym z ważniejszych elementów obiegu węgla w ekosystemach! To przecież może decydować, jakiej wielkości rachunek zostanie nam wystawiony za pakiet klimatyczny!

[b]Kilka miesięcy w roku spędza pan w USA. Nad czym pan tam pracuje?[/b]

O jednym z projektów na temat wpływu temperatury na rośliny drzewiaste już wspomniałem. W trakcie pobytów korzystam też z doskonale zorganizowanych amerykańskich bibliotek do budowy naszych baz danych. W minionych 20 latach zrealizowaliśmy wspólnie kilkanaście projektów z zakresu biologii drzew, które zaowocowały 65 wysoko notowanymi pracami opublikowanymi m.in. w „Nature”, „PNAS”, „Ecology” i innych prestiżowych czasopismach. Za swój osobisty sukces uważam również włączenie do aktywnej współpracy przeszło 20 kolegów z wielu polskich placówek naukowych. Staram się też ściągać do badań w Polsce amerykańskich doktorantów. Do tej chwili zrobiono na zebranym w Polsce materiale pięć doktoratów w USA, a czterech polskich doktorantów zrobiło to po drugiej stronie Atlantyku. Część byłych doktorantów jest już profesorami na tamtejszych uczelniach. Wszyscy chętnie widzą u siebie Polaków. Część z nich nawet dzieli swoje życie na dwa etapy – przed wyjazdem do Polski i po powrocie do USA. Posiadanie w USA sieci badaczy traktujących emocjonalnie nasz kraj, znających choćby w rudymentarnej formie nasz język, jest niewątpliwą wartością dodaną do korzyści naukowej wynikającej ze wspólnych prac.

[b]Ale konferencja Science and Art in Europe służy przede wszystkim wykazaniu związków między nauką i sztuką. Zauważa pan takie związki? Może właśnie drzewo to dobry obiekt do tego typu rozważań? Zdaje się, że od zarania drzewa inspirują obydwa środowiska…[/b]

Tak, obydwa światy niewątpliwie się przenikają i wzajemnie sobą interesują. Drzewa inspirowały wielu twórców. Czasem może aż za bardzo. Mój wielki przyjaciel i mentor – profesor Stefan Białobok – o mało nie zapłacił życiem za wykreowanie przez literatów i poetów w Niemczech dębu jako drzewa narodowego, symbolu III Rzeszy. W czasie wojny, pracując jako ogrodnik, dostał zamówienie na wykonanie wieńca z liści dębowych na pogrzeb zabitego przez partyzantów wysokiej rangi gestapowca. Nie mając możliwości wykonania go z dębu szypułkowego ze względu na gradację owadów zżerających liście, zrobił go z dębu czerwonego. Na pytanie gestapo, które przyjechało po jego odbiór – na temat dziwnego kształtu liści, odpowiedział prostolinijnie, że jest to dąb, ale amerykański... Tylko dzięki zdecydowanemu sprzeciwowi jednego z odbiorców zamówienia nie zastrzelono go wówczas na miejscu. Sądzę, że dzięki takiemu właśnie programowi konferencji pojawią się na niej ludzie, którzy normalnie nie przyszliby na konferencję biologiczno-klimatyczną. Wiem to po swojej rodzinie. Na konferencji pojawi się mój starszy brat Tadeusz, profesor SGH, który zdradził swego czasu skrzypce dla ekonomii. Teraz, dzięki konferencji, będzie miał ucztę muzyczną i pogłębi swoją wiedzę przyrodniczą...

[b]Ma pan ulubione drzewo?[/b]

Lubię wiele drzew, wieloma zajmowałem się naukowo. Gdybym miał jednak wybrać to jedno, jedyne, wybrałbym pewnie modrzew, i to z wielu przyczyn. Jest to bowiem piękne, długowieczne drzewo, o niepowtarzalnych cechach. Jest drzewem iglastym, ale zrzuca igły co roku, tak samo jak wiele drzew liściastych. Cechuje je ogromna skala ekologiczna. To właśnie modrzewie, ze względu na swoją mrozoodporność, stanowią w wielu przypadkach granicę lasu na dalekiej północy. Mam do niego też osobisty sentyment. Zajmowałem się kiedyś historią badań modrzewi prowadzonych przez gruzińskiego dendrologa Salomona Kurdianiego w dorewolucyjnych Puławach (wówczas Nowej Aleksandrii), który jako pierwszy dokonał kontrolowanych krzyżówek modrzewi europejskich z japońskimi. Odnalazłem po latach w Tbilisi jego wnuczki. Dzięki naszemu zainteresowaniu jego osobą przypomniano sobie o nim w jego rodzinnej Gruzji. Powstał tam też film o nim. Rok temu w jego rodzinnej miejscowości stanął jego pomnik (prof. Kurdiani został rozstrzelany w 1937 roku). Odnaleźliśmy też w Puławach pozostawione przez niego doświadczenia i przywróciliśmy je nauce.