Ekologia systemów wodnych i zachowania proekologiczne

Wypływając na szerokie wody przenosimy się ze świata pośpiechu, świata raptownych i nieustannych zmian do świata spokoju i stałości. Nawet jeśli na chwilę przyroda pokaże swoją potęgę i uderzy olbrzymimi falami i bryzgami wody latającymi w powietrzu, mamy świadomość, że niedługo powróci spokojny rytm fal biegnących z nieskończoności za horyzontem w nieskończoność po przeciwnej stronie.
Ten rytm fal trwa od pokoleń i tysiącleci. Był taki sam kiedy Kolumb płynął do Ameryki, kiedy pierwsi ludzie odważyli się wypłynąć w swych kruchych łódkach z wysp Indonezji, by skolonizować Australię, kiedy dinozaury były panami lądów. Oceany istniały miliardy lat temu i będą istniały za miliardy lat. Kiedy bohater "Wehikułu czasu" Wellsa dociera do granic istnienia pustej i martwej Ziemi, tylko rytm fal bijących o brzeg przypomina mu świat, który był jego domem.
Życie ludzkie jest krótkie. Nawet istnienie naszego gatunku trwa krótko w geologicznej skali czasu. W tej skali czasu kontynenty płyną po oceanie zderzając się, a potem oddalając, a góry gwałtownie wyrastają, aby później stopniowo kurczyć się i rozpływać. Skały tworzące góry rozpadają się z czasem i rozdrobnione na proszek osadzają w dolinach i na dnie mórz. Czasem osady pokrywają jakieś szczątki, pozwalając im dotrwać do naszych czasów. Dzięki badaniom takich osadów dowiadujemy się o zdarzeniach, które miały miejsce zanim na Ziemi pojawił się pierwszy człowiek. Możemy wyjść daleko poza czas naszego życia i spojrzeć na historię naszego globu w skali geologicznej.
Pierwszy rzut oka w tej nowej, szerokiej skali czasowej ujawnia zaskakujące spostrzeżenia. Po pierwsze, zadziwiająco niezmienna powierzchnia oceanu ukrywa świat podlegający nieustannym i nieodwracalnym zmianom. Po drugie, zmiany w głębinach oceanów, na lądach i w atmosferze są w przeważającej mierze skutkiem istnienia na Ziemi organizmów żywych. Po trzecie, zmiany środowiska wywoływane przez organizmy żywe oraz wzajemne oddziaływanie różnych gatunków decydują o składzie gatunkowym istot żywych zasiedlających naszą planetę i o losach poszczególnych osobników, włącznie z ludźmi!
Większość ludzi popiera ekologów, kiedy narzekają na zaśmiecenie gór i jezior albo namawiają do ochrony ginących gatunków. Takie twierdzenia jak powyższe wydają się jednak przesadne i wywołują komentarze o "zwariowanych ekologach". Wiemy przecież, że nasze życie zależy od tego, ile funduszy dostaniemy z Unii Europejskiej i jakie będą podatki. Co nas obchodzą koralowce na Pacyfiku? Aby dobrze odpowiedzieć na to pytanie, zobaczmy, co działo się dawno, dawno temu w głębinach oceanów.

Martwa Ziemia

Kiedy Ziemia formowała się z dysku planetarnego krążącego wokół Słońca ponad 4,5 miliarda lat temu, nic nie zapowiadało jej wyjątkowości. Była największą z małych planet wewnętrznych, w umiarkowanej odległości od Słońca. Nietypową jej cechą był bardzo duży Księżyc. Poza tym była bardzo podobna do Wenus.
Ziemia zaczęła odróżniać się od sąsiednich planet, kiedy żelazo i cięższe metale spłynęły do jej środka tworząc jądro, a lżejsze pierwiastki utworzyły płaszcz i skorupę planety. Ziemia stygła. Mars stygł jeszcze szybciej i obecnie jest na nim bardzo zimno. Wenus też stygła, ale przy 450 stopniach Celsjusza (na powierzchni) przestała stygnąć. Ziemi (a przynajmniej jej atmosferze kilka kilometrów nad powierzchnią) udało się ostygnąć poniżej temperatury wrzenia wody. Wtedy zaczęły padać deszcze. Deszcze bardzo efektywnie zniwelowały różnice temperatur między powierzchnią a górnymi warstwami atmosfery. Dzięki temu powstały oceany i ustalił się stan zbliżony do równowagi termicznej.
Powierzchnia Ziemi została ostudzona przez wodę tak szybko, że wnętrze zachowało wysoką temperaturę, wystarczającą do utrzymania zewnętrznej części żelaznego jądra w stanie ciekłym. Dodatkowo jądro wciąż jest podgrzewane przez rozpad izotopów promieniotwórczych i zjawiska magnetyczne. Powierzchnia jest znacznie chłodniejsza. Istnieje więc stały wypływ ciepła z głębi Ziemi na powierzchnię, a z niej do atmosfery i dalej w Kosmos. Dodatkowo promienie Słońca codziennie dostarczają sporej porcji ciepła, decydując o lokalnej temperaturze w krótkich okresach czasu.
Ciepło docierające do powierzchni Ziemi jest wypromieniowywane w Kosmos. Efektywność tego procesu nie jest jednak zawsze i wszędzie jednakowa. Zależy ona od składu atmosfery i pogody. Jest to dla nas oczywiste - pochmurne noce są cieplejsze niż pogodne. Dzieje się tak dlatego, że chmury stanowią barierę dla promieniowania. Podobnie działają gazy pochłaniające promieniowanie podczerwone, przede wszystkim para wodna, dwutlenek węgla i metan. Skutek działania tych gazów nazywa się efektem szklarniowym lub cieplarnianym.
Mars ma rzadką atmosferę, złożoną głównie z dwutlenku węgla. Dzięki efektowi szklarniowemu temperatura na Marsie spada w nocy tylko do około -90 stopni, a nie bardziej (jak na Księżycu). Z kolei Wenus, obdarzona bardzo grubą i gęstą atmosferą z dwutlenku węgla i pary wodnej, z chmurami kwasu siarkowego, nie ma szansy na ochłodzenie poniżej 450 stopni nawet w nocy. Ziemia, dzięki obiegowi pary wodnej między oceanami a atmosferą, ma temperatury umiarkowane i lekko zmienne w cyklach dziennych i rocznych. Jest to cecha wyjątkowa w naszym układzie słonecznym.

Atmosfera Ziemi nie zawsze była taka jak obecnie. Na początku wolnego tlenu praktycznie nie było, za to dużo było dwutlenku węgla, metanu i amoniaku. Wszystkie te gazy są gazami szklarniowymi. Skład atmosfery przeszkadzał zatem stygnięciu Ziemi. W momencie powstania oceany miały temperaturę bliską temperaturze wrzenia. Parowały więc bardzo silnie, wzbogacając atmosferę w parę wodną. Każdy wzrost temperatury wzmagał jeszcze parowanie, dodając pary wodnej do atmosfery i sprzyjając dalszemu podnoszeniu temperatury.
Dlaczego więc temperatura nie utrzymała się na takim poziomie jak na Wenus? Stało się tak dzięki temu, że ponad chmurami (a przy wysokiej wilgotności musiały one być grube) promieniowanie cieplne mogło już bez większych przeszkód uchodzić w przestrzeń kosmiczną. Dzięki temu chmury były chłodzone i mogły powstawać deszcze. A im większa była wilgotność, tym obfitsze deszcze. Deszcze, wraz ze zjawiskiem wznoszenia się gorącego, wilgotnego powietrza, tworzą mechanizm konwekcyjnej wymiany ciepła. Mechanizm ten jest dostatecznie wydajny, aby zastąpić utratę ciepła przez promieniowanie i umożliwić ustalenie się równowagi termicznej.
Szacuje się, że pierwotna równowagowa temperatura oceanów wynosiła około 80 stopni. W takiej lub trochę wyższej temperaturze powstały pierwsze żywe organizmy.

Początki życia

Nie wiemy, kiedy dokładnie powstało życie. Wiemy, że 3,6 miliarda lat temu miało ono za sobą najistotniejsze, początkowe etapy ewolucji. Wydaje się, że w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia Ziemi pojawiło się na niej coś żywego, co następnie mnożąc się i zmieniając osiągnęło postać wielu gatunków bakterii, których potomkowie żyją do dzisiaj. Większość obecnie żyjących organizmów to prawie nie zmienione bakterie sprzed 3,6 miliarda lat. Reszta, włącznie z nami, jest efektem stopniowych przemian wcześniej istniejących gatunków. I chociaż wyglądem zupełnie nie przypominamy naszych jednokomórkowych kuzynów, to pod względem biochemicznym pokrewieństwo jest wyraźnie widoczne.
Pierwsze pokolenia istot żywych były całkowicie samowystarczalne. Ich metabolizm był prawdopodobnie oparty na związkach siarki. Były samożywne i nie potrzebowały do życia nawet światła. Mogły świetnie rozwijać się przy podwodnych wulkanach na dnie oceanu. Podobne bakterie żyjące obecnie zaczynają marznąć w temperaturach poniżej 80 stopni i przestają się rozmnażać. Bakterie wyniesione przez prądy daleko od macierzystych wulkanów musialy wynaleźć jakiś sposób przetrwania. Zrobiły to na wiele sposobów, dając początek całej mnogości gatunków metabolizujących różne związki chemiczne i opanowujących różne środowiska.



Najważniejszym osiągnięciem bakterii okazało się wykorzystanie światła do wspomagania przemian metabolicznych. Niektóre białka wiążące jony metali, wytwarzane przez wczesne bakterie, okazały się światłoczułe. Światłoczułość polega na absorpcji energii światła przez cząsteczkę chemiczną. Energia ta może być wykorzystana do przeprowadzenia reakcji chemicznej, która bez jej dostarczenia nie zachodziłaby. Wiele różnych bakterii wykorzystało ten mechanizm w swoich metaboliozmach. Przełomem okazało się zastosowanie chlorofilu przez grupę bakterii zwaną sinicami lub cyjanobakteriami.
Zgodnie z obecną definicją, chlorofil jest "barwnikiem roślinnym wykorzystywanym w fotosyntezie oksygenicznej". W czasach, o których mówimy, rośliny jeszcze nie istniały. Chlorofil był barwnikiem występującym w sinicach. Jego rolą była już wtedy fotosynteza oksygeniczna, to znaczy produkująca tlen.
Przed pojawieniem się chlorofilu bakterie żyły pobierając właściwy im pokarm i wydalając produkty przemiany materii takie jak piryt albo czysta siarka. Piryt i siarka nie są rozpuszczalne w wodzie, więc wytrącały się tworząc złoża, z których obecnie korzysta przemysł. Inne, rozpuszczalne związki chemiczne wytwarzane przez jedne bakterie były wykorzystywane przez inne bakterie jako pokarm. Życie jest oszczędne i nie marnuje przetworzonych produktów. W ten sposób tworzyły się łańcuchy pokarmowe i cykle obiegu pierwiastków biogennych w środowisku.
Przełomowe znaczenie pojawienia się chlorofilu polega na produkcji tlenu. Tlen musiał włączyć się w ogólny schemat obiegu pierwiastków, ale nie było to łatwe. Tlen jest bardzo aktywny chemicznie, a przez to silnie trujący. Jeżeli chcemy pozbyć się bakterii ze skaleczenia, polewamy je wodą utlenioną. To je zabija. Tak samo było ponad 3 miliardy lat temu. Co gorsza, tlen rozpuszcza się w wodzie, rozprzestrzenia w całym oceanie i przedostaje do atmosfery. Sinice rozpoczęły proces zanieczyszczania środowiska trującym odpadem.
Przez kilkaset milionów lat nie stało się nic spektakularnego. Sinice mnożyły się. Pokolenie pojawiało się za pokoleniem - co widać wyraźnie na wielkich strukturach zwanych stromatolitami. Są one złożone z milimetrowych warstw, przeplatających się pokładów szczątków sinic i innych bakterii. Sinice mogły żyć tylko w wierzchniej warstwie, wystawionej na światło. Gdy starsze pokolenia zostawały pokryte młodszymi i odcięte od światła, umierały, a ich szczątkami żywiły się bakterie beztlenowe. Te zaś nie mogły żyć w wierzchniej warstwie nasyconej zabójczym tlenem. Stąd struktura warstwowa stromatolitów, zarówno tych sprzed miliardów lat, jak i nielicznych istniejących i prosperujących obecnie.
Brak widocznych skutków działalności sinic przez miliony lat jest zrozumiały. W atmosferze zawsze był metan, a wulkany wydzielały przez ponad miliard lat żelazo, siarkę i siarkowodór. Te i inne substancje łatwo utleniały się absorbując tlen. Ustaliła się dynamiczna równowaga na poziomie 1-2 promili zawartości tlenu w atmosferze. Cokolwiek wyprodukowały sinice, było obracane w złoża tlenków żelaza, kwas siarkowy (gips), wodę i dwutlenek węgla.
Nawet minimalna zawartość tlenu wystarczyła, aby niektóre organizmy zaczęły go wykorzystywać. Dzięki swojej reaktywności jest on nie tylko trucizną, ale również fantastycznym źródłem energii. Nawet przy praktycznym braku tlenu w środowisku wczesne bakterie wykształciły mechanizmy obrony przed uszkodzeniami powodowanymi przez wolne rodniki - zabójcze, wyjątkowo aktywne cząsteczki chemiczne. Po pojawieniu się tlenu w otoczeniu mechanizmy te zostały wykorzystane do życia w natlenionym środowisku i do wykorzystania tlenu w metabolizmie.
W międzyczasie nastąpiły jeszcze inne istotne zmiany. Intensywne rozmnażanie wszelkich bakterii spowodowało, że ilość dostępnej materii organicznej zaczęła być konkurencyjna w stosunku do naturalnych związków chemicznych rozpuszczonych w wodzie. Po co szukać rzadkiego i mało pożywnego pożywienia, gdy dookoła jest mnóstwo wysoko przetworzonych substancji? Niektóre bakterie zmodyfikowały swoją dietę, przestawiając się na cudzożywność. A od niej był tylko mały krok do drapieżnictwa.
Cudzożywność umożliwiła jeszcze bujniejszy niż poprzednio rozwój życia dzięki akumulacji substancji odżywczych. Okazała się też znakomitym środkiem przekazu informacji. Bardzo ważnej, konkretnej informacji: jak wyprodukować jakieś użyteczne białko albo jak zmienić swoją strukturę, aby osiągnąć sukces w określonym środowisku. Informacja ta jest zawarta w genomie organizmów żywych, olbrzymiej cząsteczce DNA zawierającej całą "wiedzę" jednokomórkowców.
Przekaz tej informacji był możliwy dzięki temu, że pochłonięcie jednego organizmu przez drugi nie zawsze kończyło się destrukcją spożytego. Czasami okazywało się, że pochłonięta komórka znajduje we wnętrzu innej znakomite, stabilne warunki do życia, a jej zdolności przynoszą korzyść gospodarzowi. W ten sposób nawiązywały się stosunki symbiotyczne, prowadzące z czasem do zlania odrębnych początkowo bytów w jeden, wciąż jednokomórkowy organizm.
W powyższy sposób niedoskonałość metabolizmu zaowocowała powstaniem nowej klasy organizmów żywych. Klasy, która dała początek wszystkim organizmom wielokomórkowym. Jest to klasa Eukariotów, obejmująca wszystkie organizmy, których komórki mają jądro, w tym wszystkie rośliny i zwierzęta. Ślady sugerujące istnienie organizmów eukariotycznych znaleziono w skałach datowanych na 2,7 miliarda lat temu. Prawie 2,2 miliarda lat temu żyły one już na pewno.
Kiedy pierwsze eukariotyczne pierwotniaki (może podobne do eugleny zielonej lub pantofelka) pływały w oceanie, wzbogacając się stopniowo o nowe organelle, nastąpiła pierwsza w historii Ziemi katastrofa na dużą skalę. Mniej więcej 2,3 miliarda lat temu przyszło zlodowacenie.

Gwałtowny rozwój

Nie wiemy, czy nowo powstałe eukariotyczne glony przyczyniły się do tego pierwszego zlodowacenia dzięki bardziej efektywnej produkcji tlenu. Nie wiemy, czy nie przyczyniły się do tego inne czynniki, jak dryf kontynentów czy prądy morskie. Pewne jest jednak, że istotną przyczyną zlodowacenia było długotrwałe wzbogacanie atmosfery w tlen przez sinice. Proces ten musiał prędzej czy później skończyć się długą zimą.
Przez prawie półtora miliarda lat metan był usuwany z atmosfery przez tlen wydalany przez sinice. Dwutlenek węgla był przetwarzany w ciała organizmów żywych, zarówno żywe, jak i resztki osadzające się na dnie oceanów, przetwarzane stopniowo w ropę naftową. Ciepła kołdra gazów szklarniowych utrzymywała tropikalny klimat dopóki mogła. W miarę jak robiła się coraz cieńsza, Ziemia powoli stygła. W końcu nadszedł moment, gdy na którymś ze słabo ogrzewanych biegunów utworzyła się czapa polarna nie topniejącego śniegu.
Powstanie czapy polarnej zniweczyło dotychczasowy mechanizm homeostazy termicznej. Poprzednio większe parowanie oceanów wywołane wzrostem temperatury oznaczało lepsze chłodzenie konwekcyjne. Mniejsze parowanie - słabsze chłodzenie. Teraz wilgoć z atmosfery zasilała lodowce czapy polarnej. Większe parowanie - szybszy przyrost lodowców. Mniejsze parowanie - intensywniejsze wypromieniowywanie ciepła w kosmos. Dodatkowo, im większą powierzchnię zajmowały lodowce, tym więcej światła słonecznego odbijały uniemożliwiając ogrzanie Ziemi. Był tylko jeden kierunek zmiany pogody, spadek temperatury.
Ziemia zamieniła się w śnieżną kulę. Geologowie twierdzą, że ocean nawet na równiku pokrył się kilometrową warstwą lodu. Gdyby na lądzie istniało wtedy życie, na pewno by nie przetrwało. W oceanie na szczęście było to możliwe, chociaż zlodowacenie trwało co najmniej 35 milionów lat. Zakończyło się dzięki aktywności sejsmicznej, którą mogło samo rozbudzić. Dwutlenek węgla wydzielany przez wulkany odnowił zasób gazów szklarniowych. Pyły wulkaniczne zabrudziły powierzchnię lodowców, zmniejszając albedo, czyli współczynnik odbicia światła. Nastąpiła wielka odwilż.
Ustąpienie lodowca wywołało gwałtowny rozwój życia. Jak wiele razy później, po katastrofie nastąpiło odbicie przekraczające wszystkie wcześniejsze dokonania. Lodowce wzmogły erozję, powodując zasilenie oceanów substancjami odżywczymi. W przetrzebionych siedliskach niezajęte nisze czekały na nowe gatunki, które je zajmą. A te nowe gatunki wywodziły się od najsilniejszych organizmów, zdolnych do przetrwania w każdych warunkach. Nowe, silne gatunki nie musiały konkurować w tych niszach ze słabszymi, które nie wytrzymały długiej zimy.
Rozkwit życia po zlodowaceniu przyniósł szybki, 5-18 krotny wzrost zawartości tlenu w atmosferze w ciągu około 200 milionów lat. Na szczęście nie wywołało to nawrotu zlodowacenia, co świadczy o ustaleniu się nowych stanów przybliżonej równowagi. Nowa zawartość tlenu według naszych standardów nie była duża - tylko kilka setnych procenta - ale dla ówcześnie żyjących organizmów mogła stanowić spory szok.
Prawdopodobnie wzrost stężenia tlenu znacznie przyczynił się do zmian, jakie zaszły w ciągu następnego 1,5 miliarda lat. Nastała epoka bujnego rozwoju eukariotów. Ponad 2 miliardy lat temu, czyli niedługo po pierwszym zlodowaceniu, istniały już eukarioty wyposażone w mitochondria, organelle umożliwiające wydajne i bezpieczne oddychanie tlenem. Nastąpił też podział eukariotów. Niektóre z nich zasymilowały bakterie zdolne do fotosyntezy, uzyskując plastydy - organelle realizujące fotodysocjację wody. Stały się dzięki temu samożywne. Linia ta dała początek m.in. glonom i roślinom. Inne eukarioty pozostały cudzożywne. Cechą, jaką w związku z tym wykształciły, była ruchliwość.
Jakiś czas - mniej niż 200 milionów lat - po opanowaniu oddychania tlenowego przez eukarioty, pojawiły się organizmy wielokomórkowe. Były to glony. Komórki glonów nie muszą konkurować o pożywienie, więc zwiększenie rozmiarów pojedynczego osobnika nie upośledza jego zdolności do przeżycia. W przypadku zwierząt korzyści ze zwiększenia rozmiarów ciała pojawiają się w przypadku drapieżników, pod warunkiem, że istnieją potencjalne ofiary większe od bakterii. Na wykształcenie odpowiedniego środowiska i pierwszych zwierząt trzeba było czekać jeszcze miliard lat.

W końcu jednak miało to miejsce mniej więcej 800 do 600 milinów lat temu. Początek rozwoju wielokomórkowych zwierząt zbiegł się z początkiem serii czterech coraz silniejszych zlodowaceń. Równocześnie zawartość tlenu w atmosferze wzrosła szybko do poziomu takiego jak obecny po ponad miliardzie lat stagnacji. Co było tu skutkiem, a co przyczyną?
Zawartość tlenu w atmosferze zależy głównie od losów węgla (i wodoru). Im więcej węgla ulega wyłączeniu z obrotu, tym więcej tlenu jest w powietrzu. Istnieje stały, niewielki dopływ dwutlenku węgla z wulkanów do atmosfery. Z drugiej strony, dwutlenek węgla jest przetwarzany przez organizmy fotosyntetyzujące w biomasę. Każdy atom węgla związany w biomasie uwalnia dwa atomy tlenu do atmosfery. (Jest to uproszczenie pomijające zawartość tlenu w biomasie i utlenianie pierwiastków innych niż węgiel).
W okresach równowagi cykl obiegu węgla zamyka się prawie idealnie. Całkowita masa organizmów żywych pozostaje prawie stała. Ich szczątki są przetwarzane przez bakterie na dwutlenek węgla lub metan, który jest utleniany w atmosferze do dwutlenku węgla i wody. Depozyt węgla i ilość tlenu nie zmieniają się. Jeśli jednak część szczątków nie jest metabolizowana (a pokłady ropy naftowej dowodzą, że tak bywa) lub następuje przyrost całkowitej masy organizmów żywych, ilość tlenu w atmosferze rośnie.
Gwałtowny wzrost ilości tlenu w powietrzu w erze zlodowaceń pod koniec prekambru (800-550 milionów lat temu) tłumaczy się z jednej strony wpływem lodowców, z drugiej powstaniem zwierząt wielokomórkowych. Istnieją dane wskazujące, że przyspieszone zwiększanie depozytów węgla poprzedzało epizody zlodowaceń. Wydaje się więc, że aktywność biologiczna i wzrost natlenienia atmosfery poprzedzały zlodowacenia i mogły być ich przyczyną.
Wkrótce po zakończeniu serii zlodowaceń, między 540 a 510 milionami lat temu, nastał eon zwany fanerozoikiem, era nazywana paleozoikiem i okres o nazwie Kambr. Był to moment, w którym pojawiły się skamieniałości z węglanu wapnia, fosforanu wapnia lub krzemionki. Skamieniałości te są pierwszymi śladami wytwarzania przez zwierzęta szkieletów - wewnętrznych lub zewnętrznych. Od tego też momentu datuje się gwałtowny wzrost różnorodności zwierząt kopalnych, zwany eksplozją kambryjską.
Nie możemy mieć pewności, że eksplozja kambryjska wiązała się z przyrostem ogólnej liczby organizmów mierzonej ich masą. Poprzedzający ją wzrost ilości tlenu w atmosferze sugeruje, że to zjawisko zaszło już wcześniej. W Kambrze nastąpiło natomiast ogromne zróżnicowanie form zwierząt. Pojawiły się tysiące nowych gatunków zwierząt. I były to zwierzęta nie ustępujące złożonością dzisiejszym. Miały tkanki, odnóża, narządy wewnętrzne i zewnętrzne oraz narządy zmysłów. Najpopularniejszymi przedstawicielami ówczesnej fauny są trylobity, drapieżne stawonogi.
Tempo zmian na Ziemi ulegało przyspieszeniu. Trylobitom udało się przetrwać niecałe 40 milionów lat, po których znikły. Możliwe, że spowodował to stopniowy wzrost temperatury oceanów. Podobnie znikło wiele innych typów zwierząt kambryjskich. Wiele z nich miało budowę ciała niespotykaną u żadnych współczesnych gatunków, co oznacza, że nie dotrwali do naszych czasów żadni ich potomkowie.

Opanowanie Ziemi

Wymierające gatunki były skutecznie zastępowane przez nowe rodzaje organizmów. Sto milionów lat od wytworzenia pierwszych szkieletów przez zwierzęta, rośliny skolonizowały ląd. Po niecałych trzydziestu milionach lat do roślin dołączyły zwierzęta, wytwarzając w ciągu następnych pięćdziesięciu milionów lat kręgosłup (jeszcze w morzu, u ryb), skrzydła (owady) i płuca (płazy). Lądy zostały opanowane.
W porównaniu z wcześniejszym tempem zachodzenia zmian, historia opanowania lądu wygląda jak wyścig. W odróżnieniu od obecnie odbywanych zawodów, zawodnicy współzawodniczących zespołów wzajemnie sobie pomagali - chociażby dostarczając pożywienia konkurentom. Wyścig ten odbywał się na dodatek w scenerii zderzających się kontynentów tworzących właśnie ląd Pangei, wypiętrzających się gór i zmian poziomu morza. Oczywiście, te globalne zjawiska nie były bardziej zauważalne niż trwające obecnie zderzenie subkontynentu indyjskiego z Azją. Mogły jednak wspomóc różnicowanie gatunkowe i opanowanie lądu. Podobnie jak zjawiska pływowe wywoływane przez ogromny Księżyc pomogły pierwszym organizmom osiadłym w strefie pływów.
Życie na lądach rozwijało się bujnie i szybko. Zaczęło nawet konkurować z oceanami o wpływy w skali globalnej. Powstanie drzew okazało się najistotniejszym czynnikiem. Ich pojawienie się koreluje z początkiem kolejnej fali wzrostu zawartości tlenu w powietrzu. Nic dziwnego, skoro istotą drzew jest przyrost drewna, co wydatnie zwiększa biomasę. A rozkład drewna nie przebiega łatwo, o czym świadczą ogromne pokłady węgla kamiennego. W rezultacie zawartość tlenu wzrosła w karbonie do 35%, a stężenie dwutlenku węgla spadło z 0,5% do 0,03%, czyli podobnego jak obecnie. To niewiarygodnie wysokie stężenie tlenu musiało powodować ogromne pożary, które - paradoksalnie - sprzyjały odkładaniu węgla. Umożliwiało również istnienie gigantycznych owadów, takich jak ważki o półmetrowej rozpiętości skrzydeł.
We wcześniejszych okresach gwałtowne skoki w rozwoju niosły w sobie zalążki katastrofy. Niewykluczone, że było tak i tym razem. Faktem jest, że szaleństwo rozbuchanego życia na lądzie zakończyło się największą biologiczną katastrofą w historii. Wymarło około 90% istniejących gatunków. Nawet plankton w morzach wyginął prawie zupełnie. Zawartość tlenu gwałtownie spadła poniżej 15%, a dwutlenku węgla wzrosła trzykrotnie, co sugeruje zwrot do atmosfery części zdeponowanego wcześniej węgla, prawdopodobnie w formie olbrzymich pożarów.
Mechanizm tej katastrofy nie jest jeszcze znany. Niektórzy przypisują go zmianie klimatu, jak zdarzało się wcześniej. Nie ma jednak śladów wielkiego zlodowacenia, chociaż poziom morza obniżył się gwałtownie, co zwykle korelowało z rozbudową czap polarnych. Tym razem epizod wymierania był bardzo krótki, chociaż dotkliwy. Stwierdzono, że był on poprzedzony trwającym milion lat okresem wyjątkowej aktywności biologicznej, przekraczającej nawet wcześniejszy rozkwit. Może więc mechanizm załamania był czysto biologiczny?
Jakkolwiek było, życie na Ziemi wkroczyło w erę mezozoiku zubożone, ale nie pokonana. Oceany ucierpiały bardziej niż później zasiedlone lądy. Przetrwały jednak sinice i większość bakterii. Spośród organizmów morskich przetrwało 65% rodzin (rodzina jest jednostką taksonomiczną złożoną z rodzajów podzielonych na gatunki), zapewniając bioróżnorodność wystarczającą do utrzymania równowagi środowiska. Przeżyły też karaluchy i wiele innych stworzeń. Powstawały i mnożyły się nowe gatunki.



Co dalej?

Życie przetrwało. Okazało się silniejsze od mrozów i pożarów. Żywe organizmy kontynuowały swoją codzienną krzątaninę, rosnąc i rozwijając się. W następujących po sobie erach na lądzie wybijali się liderzy - osiągające gigantyczne rozmiary dinozaury w mezozoiku i człowiek, gwiazda ery kenozoiku, szczycąca się swoim rozumem. W morzach życie toczyło się spokojniej, asymilując bez spektakularnych kryzysów powracających do środowiska wodnego przedstawicieli dinozaurów i ssaków, jak mozazaury i wieloryby.
Dinozaury wyginęły na skutek uderzenia w Ziemię dużego meteorytu. Istnieją jednak świadectwa znacznej emisji dwutlenku węgla pochodzenia wulkanicznego i wynikających z niej zmian klimatycznych. Zmiany te zapoczątkowały wielkie wymieranie i prawdopodobnie zwielokrotniły skutki późniejszej katastrofy kosmicznej. Zmiany zaczęły być widoczne na kilka milionów lat przed upadkiem meteorytu , który miał miejsce 65 milionów lat temu.
Dwa opisane epizody wymierania były największe w historii, ale nie jedyne. Od kiedy istnieje życie jedne gatunki znikają, a inne się pojawiają. Procesy te czasem mają większe, a czasem mniejsze natężenie. Można sądzić, że wymiana składu gatunkowego jest równie naturalna, jak wymiana pokoleń w obrębie jednego gatunku. Jednak istnieje wyraźna granica, do której przekroczenia nie można dopuścić. Jest nią zaburzenie całościowej równowagi biosfery. Przekroczenie tej granicy, jak pokazało doświadczenie dwóch Wielkich Wymierań, najsilniej uderza w aktualnych liderów biosfery.
Ludzie szczycą się swoją potęgą umożliwiającą życie w każdym zakątku Ziemi włącznie z Antarktydą. Są dumni z objęcia uprawami ogromnych obszarów ziemi. Ufają nieograniczonym możliwościom techniki, którą sami stworzyli.
Rzeczywiście, ludzkość jest zdolna do działań na ogromną skalę. Tak wielką, że skutki tych działań obejmują całą planetę. Nie chodzi tu o broń jądrową zdolną do uwolnienia w ułamku sekundy ogromnej energii, porównywalnej z katastrofą kosmiczną. Chodzi o codzienne życie zwykłych ludzi. Tak jak procesy życiowe sinic, nasze życie zmienia stopniowo dotychczasowe środowisko. Skutki naszych działań ujawniają się jednak miliony razy szybciej.
Gazy z urządzeń powszechnego użytku naruszyły warstwę ozonową. Asfaltowe drogi zbudowane przez ludzi i pyły z fabryk osadzające się na śniegach Arktyki wywierają mierzalny wpływ na albedo Ziemi. Emisja dwutlenku węgla wywiera zauważalny wpływ na klimat. Poziom morza zaczął się podnosić. El Niño utracił stabilność, przynosząc Ameryce Południowej raz susze, a raz powodzie. Wodorosty przypadkowo rozsiane w morzu Śródziemnym wypierają rdzenną florę i faunę. Lasy deszczowe znikają w tempie ponad 100 tysięcy kilometrów kwadratowych rocznie. Codziennie znika kilka gatunków zwierząt.
Te fakty są znane od dziesiątków lat. Potencjalne niebezpieczeństwo doceniły nawet rządy wielu krajów. Powstał program ograniczania emisji gazów szklarniowych. Niestety, nie jest on realizowany przez wszystkie kraje. Lokalne problemy wydają się ważniejsze od globalnych. Doraźne interesy najczęściej przeważają nad obawami długofalowej katastrofy. Zjawiska globalne toczą się na tyle wolno w skali życia ludzkiego, że każdy polityk po wygraniu wyborów odkłada je do następnej kadencji.
Niestety, procesy uruchomione w przyrodzie toczą się w trudno zauważalnym, ale rosnącym tempie. Istnieje punkt, po którego przekroczeniu nie dadzą się zatrzymać ani odwrócić. Wtedy ludzie, mimo całej techniki, którą dysponują, będą tylko biernymi ofiarami żywiołów, które sami rozpętali.
Opowiedziana tu historia uczy, że Ziemia nie jest trwałą, niezmienną strukturą. Jest żywa i zmienna. Zakres tej zmienności jest olbrzymi. Zawartość tlenu nie musi wynosić 21%. Może to być 0% albo 35%. Średnia roczna temperatura nie musi wynosić 15 stopni. Może to być 60 stopni albo -100 stopni. Takich zmian środowiska gatunek ludzki na pewno nie przeżyje. Aby im zapobiec, trzeba przede wszystkim zrozumieć, że są możliwe.
Ludzie muszą sobie zdać sprawę, że nie są panami i zdobywcami świata, tylko jedną z jego części. I to nie najważniejszą częścią. Przyroda może przetrwać bez człowieka, człowiek bez przyrody - nie. Współczesne rolnictwo ma wydajność wielokrotnie większą od naturalnej. Jest jednak zależne od nawozów sztucznych, pestycydów, insektycydów i nawadniania. I mimo ogromnej wydajności, miliony ludzi głodują. Wystarczy niewielkie zaburzenie istniejącego stanu, aby ta wydajność spadła. A wtedy cały dostępny areał może nie wystarczyć do wyżywienia obecnej populacji.
Gatunek ludzki jako pierwszy w historii życia na Ziemi uzyskał zdolność rozumienia procesów zachodzących w przyrodzie. Wiedza wypracowana przez pokolenia badaczy daje wielkie możliwości i odkrywa potencjalne niebezpieczeństwa. Sposób jej wykorzystania zależy od nas.

Stanisław J. Panecki
Zdjęcia Magdalena Waśniewska