Roztropny dąb, brzoza ryzykantka

CHOĆ NIE JEST PAN GEOLOGIEM, ZAJMUJE SIĘ PAN ZASOBAMI WĘGLA. O CO WŁAŚCIWIE CHODZI?
Chodzi o pieniądze, i to grube. I o handel dwutlenkiem węgla. Polskę obowiązują dwa limity emisji gazów cieplarnianych. Jeden ustalony w Protokole z Kioto i drugi, ostrzejszy, narzucony przez Unię Europejską. Jeśli wypuścimy więcej CO² niż te zapisy przewidują, a wszystko wskazuje, że w ciągu najbliższych lat przekroczymy normy ustalone przez Komisję Europejską, będziemy musieli wydać setki milionów euro na zakup nadwymiarowych kwot CO². Z kolei na zapisie z Kioto na razie zarabiamy. W ciągu ostatnich kilku lat sprzedaliśmy Hiszpanii, Irlandii i Japonii kwoty węglowe za blisko 80 mln euro. Szkopuł w tym, że przehandlowaliśmy je, nie mając pełnego rozpoznania, czym dysponujemy. Tak zresztą robi się na całym świecie. Na razie wiadomo tylko, że im więcej mamy w Polsce drzew, tym więcej pochłoną one dwutlenku węgla. Jednak nadal nie mamy pojęcia, jaka jest ich wydajność jako magazynów węgla obecnego w CO². A zatem nie wiemy, ile tak naprawdę warte są nasze lasy.
CO TO ZNACZY, ŻE DRZEWO ZAWIERA WĘGIEL?
Rośliny w znacznej części składają się z węglowodanów, związków chemicznych zawierających węgiel. To właśnie z nich przed milionami lat powstały kopalne pokłady węgla. My jednak pracujemy z pokładami żywymi. Potrafimy mniej więcej oszacować, ile węgla zawierają nadziemne partie drzew – pień, gałęzie. Ale zapominamy, że ogromna część drzewa kryje się pod ziemią! Ile ona zawiera węgla w skali kraju? Kiedyś mało kogo to interesowało, były to dyskusje czysto akademickie. Handel korzeniami drzew nie był nikomu potrzebny do szczęścia.

JAK MOŻNA ZBADAĆ, JAKIE ROZMIARY MA KORZEŃ?
Cóż, badania często wymagają kosztownych głębokich wykopów, większych nawet niż pod wielopiętrowy dom. To jedna z przyczyn, dla których trudno znaleźć grantodawcę. Mówią, że to nie ma znaczenia ekonomicznego.
ALE PRZECIEŻ MA.
Tylko że nie dotarło to jeszcze do świadomości decydentów. Znając parametry części nadziemnej, możemy tylko szacować, ile jest pod ziemią. Co gorsza, te same gatunki drzew mają inne rozmiary korzeni na różnych szerokościach geograficznych. W zrozumieniu tych globalnych trendów w pewnym stopniu pomaga nam studiowanie i porównywanie prac naukowców z całego świata. Taką bazę buduję od lat, mam już dane z 9 tys. drzewostanów, najwcześniejsze są sprzed 80 lat. To praktycznie jedyny oręż, jakim dysponujemy – korzystanie z niepełnych często zapisów naukowców z różnych zakątków Ziemi. Nie wiemy też, jaki procent masy korzeni na jakiej jest głębokości. I najważniejsze – co się z nimi dzieje, gdy część nadziemna zostaje wycięta. Na ogół przyjmuje się, że tam już niczego nie ma. A to nieprawda. Węgiel zawarty w tych korzeniach kiedyś się rozłoży i uwolni się w postaci CO². Tylko po jakim czasie?
EKOLODZY POWINNI CHYBA TO SPRAWDZIĆ?
W kontekście cyklu węgla w przyrodzie to jest pytanie podstawowe. Wszystkie modele, które go opisują, co roku nie mogą doliczyć się 2,8 mld ton węgla. Prawdopodobnie jest on zawarty właśnie w korzeniach. Teraz zakłada się, że pod ziemią znajduje się co najmniej 17 proc. części nadziemnej drzewa. Z naszych badań na razie wynika, że jest to wartość bardzo zaniżona. Pomyślmy: na świecie jest 3,95 mld ha lasów. Jeśli okaże się, że mylimy się w oszacowaniu masy korzeni o zaledwie jeden procent, pojawia się błąd, jakbyśmy pominęli naziemną część lasu o powierzchni 40 mln ha. To cztery razy tyle drzew, ile rośnie w Polsce!
TO MOŻE TRZEBA PRZEPROWADZIĆ WIELKĄ ŚWIATOWĄ AKCJĘ POMIARU KORZENI I ZAWARTOŚCI WĘGLA?
Niestety temat ten, jak by to powiedzieć, nie jest... sexy. Bo teraz modna jest bioinżynieria. Poza tym z korzeniami jest taki problem, że ich nie widać. Badaczom trudno przekonać grantodawców, że takie prace mają sens. Nie ogranicza się to tylko do Polski, gdzie na naukę wydaje się 0,39 proc. PKB. Podobnie jest w krajach, gdzie wydaje się 4 proc.
JAK TO? PIĘKNE DRZEWA I WIELKIE PIENIĄDZE NIE SĄ SEXY?
No nie są. Ale my mamy na to swoje sposoby. To jasne, że z minimalnymi nakładami na badania nie wygramy wyścigu w nowościach sprzętowych z ważnymi laboratoriami na świecie. Żeby coś znaczyć, podłączamy się do różnych projektów i robimy rzecz niestandardową – badania długoterminowe. Nikt ich nie robi, bo w całym naukowym świecie granty przyznawane są tylko na trzy lata. Proszę mi wierzyć, trudno bada się drzewa w tak krótkim czasie. Nam jednak udało się przeprowadzić polsko-amerykański program podglądania rosnących korzeni za pomocą kamer wideo w Siemienicach koło Kępna. To było jedno z największych tego typu doświadczeń na świecie. Okazało się, że korzenie mogą żyć trzy razy dłużej, niż uczyliśmy się z podręczników!

SKORO JUŻ MÓWIMY O EKONOMII I CZASIE – DLACZEGO NIEKTÓRE ROŚLINY ROSNĄ SZYBKO, A INNE DŁUGO? PRZECIEŻ SĄ Z TEGO SAMEGO BUDULCA.
Dzięki temu każda może zająć swoją niszę. Taka brzoza przyjmuje strategię maklera giełdowego. Żyje intensywnie, szybko inwestuje. Szansa na duży zysk jest wysoka, ale ryzyko ogromne. Gdy jest dorosła, wydaje 2 mln nasion rocznie. Jeśli co roku wyrosną z niej dwa drzewa, to już jest ogromny sukces. Z kolei dąb przyjmuje asekurancką strategię bezpiecznego inwestowania. Produkowane przez niego żołędzie w znakomitej większości składają się z substancji zapasowych, które mają pomóc przetrwać trudne warunki. Dlatego żołędzi jest nieporównanie mniej niż nasion brzozy, a każdy jest cenny.
CO W ROŚLINIE DECYDUJE, JAK SZYBKO ONA ROŚNIE?
Właśnie zaczyna się w Polsce okres wegetacji, potrwa do października. W tym okresie drzewa wytwarzają w procesie fotosyntezy budulec w postaci węglowodanów. Każda roślina używa ich jak pieniędzy. Wyda je podobnie jak my płacimy za mieszkanie: czynsz, fundusz remontowy, ubezpieczenie przed zalaniem. Roślina zużywa swoje energetyczne „monety” na asymilację, oddychanie, rozmnażanie, wzrost i obronę przed szkodnikami. Drzewa przyjmują różne strategie inwestowania – to kwestia ich priorytetów utrwalonych w procesie ewolucji.
CO JEST GŁÓWNYM WYKONAWCĄ TEJ STRATEGII? LIŚCIE KTÓRE PRODUKUJĄ OWE PIENIĄDZE-BUDULEC?
Rzeczywiście, liście można porównać do szeregowych pracowników w przedsiębiorstwie. U brzozy listki zaczynają pojawiać się w maju. Ale jest to inwestycja na kredyt. Przecież drzewo, które nie ma jeszcze liści, nie prowadzi fotosyntezy i nie może dostarczać budulca. Kredytu udziela centrala finansowa: korzenie i pędy. To w nich zawczasu, w poprzednim roku, roślina zgromadziła budulec. Więc listki rosną. Samowystarczalne stają się, gdy osiągają wymiary połowy dorosłej blaszki liściowej. Wtedy zaczynają na siebie zarabiać. Inną strategię przyjmują rośliny zimozielone, jak sosna. Gdy tylko zaczyna się okres wegetacyjny, jej liście, czyli igły, są natychmiast gotowe do produkcji budulca. Mają kilka tygodni więcej na budowanie niż brzoza. Finansują swoje działania na bieżąco.
JEDNAK DRZEWA IGLASTE SĄ WCZEŚNIEJSZE EWOLUCYJNIE. DLACZEGO EWOLUCJA ZDECYDOWAŁA, ŻE BARDZIEJ OPŁACA SIĘ ZRZUCAĆ LIŚCIE?
Ewolucja poszła w różnorodność. W czasach stalinowskich uczono, że rośliny mają taki sam podział klasowy jak społeczeństwo. To stanowiło ideologiczne uzasadnienie monokultur upraw: „ta sama klasa się wspiera”. Tymczasem wszystkie badania wskazują, że zróżnicowane drzewostany są stabilniejsze i bardziej produktywne niż monokultury. Stąd różnorodność gatunków w przyrodzie. Oczywiście, strategia ta ma swoje koszty. W Polsce sosny gubią igły po dwóch–trzech latach, na świecie rekordziści trzymają liście nawet 40 lat. Ileż to wichur musi wytrzymać! Takie drzewo wytwarza też więcej związków ochraniających i inwestuje w bardziej zdrewniałą strukturę, która sprawi, że liść jest mało atrakcyjny dla szkodników. Zawsze coś za coś. Na tych zależnościach oparta jest cała przyroda.
ALE SZKODNIKI MOGĄ SIĘ DO NICH PRZYSTOSOWAĆ.
I na tym polega problem. W czasie życia jednego drzewa na świat przychodzi nawet kilkaset pokoleń owadów. Dlatego tak trudno wyhodować rośliny odporne na szkodniki. Weźmy flagowy przykład sukcesu inżynierii genetycznej, bawełnę zmodyfikowaną tak, by nie atakowały jej szkodniki. Już pojawiły się pierwsze doniesienia, że owady wróciły na plantacje. Organizmy potrafią nas zaskakiwać. Pewnego razu prof. Wacław Szybalski opowiadał, jak jego zespołowi na Uniwersytecie w Wisconsin-Madison udało się opracować antidotum na tzw. yellow rain. Była to toksyczna biologicznie substancja, wykorzystywana w czasie wojny w Wietnamie. Badacze wymyślili na nią genialnie prosty sposób: wystawili groźny specyfik na zewnątrz, na szalkach Petriego, i obserwowali, co się stanie. Zauważyli, że szybko pojawiły się w nim organizmy, które używały tej trucizny jako pożywienia i nie mogły bez niej żyć. Stały się bazą dla skutecznego antidotum.
A WRACAJĄC DO ROŚLIN – JAKI JEST BILANS ZYSKÓW I STRAT?
Wieloletnie igły to spiżarnia, do której drzewo w każdej chwili może sięgnąć. Gdy jest suchy rok, jako pierwsze zamierają grzyby mikoryzowe żyjące przy korzeniach drzewa. To one wspomagają korzenie w pozyskaniu pierwiastków potrzebnych roślinie do życia. Jeden z nich to azot. W liściach m.in. uczestniczy w procesie wiązania CO² w fotosyntezie. Niedawno odkryliśmy, że ten cenny pierwiastek np. podczas suszy jest częściowo wycofywany z w pełni funkcjonalnych liści i wędruje do tych partii drzewa, w których jest niezbędny. To bardzo sprytne rozwiązanie. Podobnie dzieje się jesienią, przed opadaniem liści. Przecież zawarty w nich azot nie może pójść na marne.
CZYLI ROŚLINY NIEŹLE SOBIE RADZĄ Z TAKIMI RACHUNKAMI?
Tak. Wiele teorii ekonomicznych najlepiej sprawdza się właśnie na roślinach. Dlaczego? One nie podejmują irracjonalnych decyzji. My, ludzie, działamy impulsywnie. Na wiadomość, że Steve Jobs miał przeszczep wątroby, akcjonariusze wyprzedają akcje kierowanej przezeń firmy Apple. Zakładają, że tylko on może utrzymać firmę. Boją się też, że inni akcjonariusze zareagują tak samo, więc wyprzedają szybciej.

CHYBA NIE DOCENIAMY ROŚLIN...
Ostatnio prowadziliśmy wspólnie z kolegami z Australii i USA eksperyment. Chcieliśmy sprawdzić coś, czego jeszcze nikt nie zbadał: kiedy roślina decyduje się zrzucić liść. Były trzy możliwości. Pozbywa się go albo kiedy jest deficytowy i już nie wytwarza wystarczającej ilości węglowodanów, albo kiedy jest na zero, albo kiedy jeszcze jest na końcówce produktywności. Okazało się, wbrew naszym założeniom, że roślina zrzuca liście wtedy, kiedy są jeszcze na plusie produkcyjnym!
ONA WIE, ŻE JUŻ NIEDŁUGO PRZESTANĄ BYĆ PRODUKTYWNE?
Tu dochodzimy do kwestii ekonomicznych. W każdym przedsiębiorstwie są pracownicy, budynek, obsługa. Całą tę strukturę trzeba utrzymać. Nie wystarczy, że pracownicy produkują tyle, by zarobić na swoją pensję. Bo kto opłaci budynek i sprzątaczkę? Dla rośliny najważniejsze jest odzyskanie części związków mineralnych. Oblicza, ile ją kosztuje pobranie ich z gleby, a ile z liści tuż przed zrzuceniem.
JAK ONA TO LICZY? GDZIE JEST MÓZG?
Naukowcy wciąż badają sposób komunikacji w obrębie rośliny. Z prac prof. Stanisława Karpińskiego wynika, że rośliny wykorzystują sygnały elektrochemiczne do przekazywania np. liściom znajdującym się w cieniu informacji o świetle, jakie pada na liście obok! Nie ulega wątpliwości: jakkolwiek się porozumiewają, robią to skutecznie. Niedawno pojawiła się praca, w której zaobserwowano, że olsza masowo zaatakowana przez owada hurmaka olchowca zrzuca zniszczone liście i zaraz wypuszcza liście zmienione anatomicznie. Są usiane ostrymi obronnymi włoskami, które utrudniają szkodnikowi poruszanie się. Olszy nie opłaca się tych liści produkować od razu, bo hurmak się do tego przystosuje.
CZY DECYZJE, BY ZRZUCIĆ LIŚCIE, ZAPADAJĄ W OSOBNYCH GAŁĘZIACH?
Tak. To jest jak McDonald’s i franczyza. Poszczególni właściciele płacą za markę, logo i receptury na kotleta. Centrala nie będzie ich bronić, jeśli im się nie powiedzie, uschną i odpadną. W drzewie każda gałąź jest na wewnętrznym rachunku rozliczeniowym. Sąsiedzi nie pomogą.
CZY MOŻNA POWIEDZIEĆ, ŻE DRZEWA ZE SOBĄ ROZMAWIAJĄ?
W dużym uproszczeniu tak. Ale nie jest to działanie świadome. Drzewa nauczyły się rozpoznawać sygnały. Gdybym otworzył okno i poczuł dym, wiedziałbym, że coś należy robić, bo się pali. One robią tak samo. Drzewo atakowane przez szkodnika, żeby go zwalczyć, wydziela substancje ochronne. Jego sąsiedzi wyczuwają je i prewencyjnie uruchamiają swoje systemy obronne.
CZYM ROŚLINY WYŁAPUJĄ TE SYGNAŁY?
Głównie przez liście i korzenie. Powstała cała gałąź nauki, allelopatia, która to opisuje. Początkowo nie była akceptowana, bo trudno się prowadzi w niej pomiary, dotyczą one niezwykle skomplikowanych systemów. Klasycznym przykładem silnego oddziaływania allelopatycznego jest orzech włoski. Mało co pod nim rośnie, tyle wydziela toksycznych substancji.
JAK WŁAŚCIWIE ROŚLINY ODCZUWAJĄ WPŁYW CZŁOWIEKA NA KLIMAT? PRZECIEŻ GDY JEST CIEPLEJ I WIĘCEJ CO², FOTOSYNTEZA POWINNA ZACHODZIĆ INTENSYWNIEJ, A DRZEWA BUJNIEJ ROSNĄĆ. WTEDY PRODUKUJE SIĘ WIĘCEJ TLENU. MOŻE NIE MA CO WALCZYĆ Z EMISJĄ CO²?
To prawda, ale na krótką metę. To, o czym pani mówi, obserwujemy przez pierwsze lata. Żeby to zrozumieć, konieczne były długoterminowe badania, i to prowadzone w układach naturalnych, w lesie. Okazało się, że intensywny wzrost wyczerpuje składniki mineralne w glebie. A to spowalnia cały system fotosyntezy. Doszliśmy do tego tak późno, bo do tej pory wszyscy robili doświadczenia tylko w laboratoriach na małych roślinkach, które skrupulatnie podlewano nawozem z azotem.
A GDYBY TAK PODLEWAĆ LASY AZOTEM?
No tak, wtedy produkowałyby więcej tlenu. Tylko żeby otrzymać tyle azotu, trzeba by spalić gigantyczne ilości paliw kopalnych. Jednak tu pojawia się kolejna delikatna kwestia. Wszystko wskazuje na to, że działalność człowieka na Ziemi powoduje wzrost stężenia azotu w środowisku. Dlatego razem z Amerykanami zbudowaliśmy w lesie coś w rodzaju symulatora przyszłości klimatu: podajemy drzewom z rur dwutlenek węgla i podlewamy różnymi dawkami azotu. Czekamy na wyniki. Ciekawe, czym nas teraz rośliny zaskoczą.
NA RAZIE TO MY CIĄGLE ZASKAKUJEMY ROŚLINY. CZY ZANIECZYSZCZENIE SZTUCZNYM ŚWIATŁEM IM SZKODZI?
Może mieć wpływ na zaburzenie ich rozumienia długości dnia i nocy, czyli wyczuwania, jaka jest pora roku. Jeśli w koronie drzewa znajduje się latarnia, oświetlona przez nią gałąź jesienią jest zielona nawet wtedy, gdy inne konary już zgubiły liście. Potem cierpi z tego powodu w czasie pierwszych przymrozków.
A NA TAJWANIE BADA SIĘ MOŻLIWOŚCI WPROWADZENIA BIOLOGICZNYCH ŚWIECĄCYCH DIOD, KTÓRE ZAMIENIŁYBY DRZEWA W EKOLOGICZNE LATARNIE.
To etap inżynierii biologicznej i genetycznej. Nie wierzę, by kiedyś takie drzewa oświetliły nam autostrady. Ale może dzięki tym z pozoru szalonym badaniom naukowcy znajdą rozwiązania innych zagadnień? Doprawdy, jest ich jeszcze mnóstwo.