W jednym z ostatnich artykułów zamieszczonych na naszym blogu opisywaliśmy to, czym tak naprawdę jest planeta Ziemia. Pochyliliśmy się tam nad zagadnieniem wieku Ziemi, jej genezy, ale także nad tym, z czego Ziemia się składa. W tym krótkim artykule chcielibyśmy kontynuować opisywanie naszej Planety, lecz tym razem skupimy naszą uwagę na nieco bardziej konkretnym obszarze zainteresowań, a konkretniej rzecz ujmując weźmiemy pod lupę najbardziej ekstremalne środowiska na Ziemi. Opiszemy pokrótce metody badań takich środowisk i opowiemy sobie o organizmach, które potrafiły się zaadaptować do skrajnie niegościnnych warunków.
Ziemia jest pełna wyjątkowo skrajnych środowisk, które stawiają przed różnymi gatunkami organizmów wybitnie trudne warunki do życia. To wymaga bardzo trudnych w realizacji strategii adaptacyjnych, ale nie oznacza to, że życie w takich środowiskach nie jest możliwe. Przeciwnie – niektóre ze zwierząt czy roślin potrafią w niezwykle wysublimowany sposób przystosowywać się do trudnych warunków bytowania. Na potrzeby tej pracy pochylimy się nad czterema wybranymi środowiskami: obszarami polarnymi, pustyniami, górami i głębinami oceanów.
Zacznijmy od obszarów polarnych. Co sprawia, że tak ciężko jest tam żyć jakimkolwiek organizmom? Przede wszystkim kluczowa jest tu temperatura. W obszarach arktycznych, takich Antarktyka czy Antarktyda temperatury nierzadko spadają poniżej -50°C. Jakie organizmy radzą sobie w takich temperaturach? Są to zarówno rośliny i zwierzęta. Możemy tutaj wymienić na przykład różnego rodzaju mchy i porosty. Jak one przystosowały się do warunków, w których rzadko kiedy mamy do czynienia z litym podłożem, a wszędzie gdzie nie spojrzymy widać tylko lód i śnieg? Otóż mchy i porosty mogą przetrwać poprzez swoje zdolności do redukcji aktywności metabolicznej w okresie zimowym, ale także poprzez tworzenie warstwy izolacyjnej na powierzchni Ziemi w miejscu, w których postanowiły „zamieszkać”. Jest to bardzo praktyczny mechanizm, który pozwala na zminimalizowanie strat energetycznych, jednocześnie jak najbardziej maksymalizując wydolność organizmu w tak nieprzychylnych warunkach. Co w takim razie ze zwierzętami? Gatunki takie jak pingwiny, foki czy choćby niedźwiedzie polarne w trakcie ewolucji wykształciły bardzo grube futra (w przypadku niedźwiedzi), grube warstwy tłuszczu (foki) lub wodo- i wiatro-odporne opierzenie (pingwiny), które stanowią doskonały izolator dla zimna. Człowiek niestety żadnej z tych cech nie posiada, dlatego musimy w zimnie wspomagać się grubymi, specjalnie zaprojektowanymi ubraniami, które pozwalają nam na funkcjonowanie w niskich temperaturach.
Jak wygląda w takim razie badanie obszarów polanych? Tak naprawdę wykorzystuje się różne metody badawcze, które później się ze sobą łączy, by uzyskać spójny i szczegółowy obraz interesującego nas zagadnienia. Wykorzystuje się obrazowanie satelitarne, by zebrać dane na temat ruchów lodowców, zmian klimatu czy rozwoju roślinności. Naukowcy prowadzą także badania powierzchniowe, obserwując faunę, pobierając próbki gleby i skał, by następnie poddać je różnorodnym analizom. Prowadzi się także badania morskie, badania z zakresu klimatologii i meteorologii, bada się lodowce i tamtejsze ekosystemy. Ważną rolę odgrywają także badania rdzeni lodowych, które pozwalają na przeprowadzanie badań paleoklimatycznych.
Przyjrzyjmy się teraz obszarom pustynnym. Pustynie są środowiskiem równie skrajnym co obszary polarne, choć są raczej ich przeciwieństwem. Pustynia każdemu z nas najpewniej będzie się kojarzyła z bezkresnym oceanem piachu, wydm i wysuszonych na wiór karłowatych roślin. Takie skojarzenie jest rzecz jasna poprawne, ale występują także pustynie lodowe. Na potrzeby tej pracy będą nas jednak interesowały tylko pustynie piaszczyste. Elementem kluczowym, stanowiącym o skrajności tego środowiska również są temperatury, nieraz przekraczające 50°C, ale także wybitnie niskie i rzadkie opady deszczu. Zdecydowanie nie pomaga także fakt, że występowanie wody na obszarach pustynnych jest co najmniej niespotykane. Skrajnie suche powietrze, brak wody, palące słońce, gorący jak ogień piasek i brak opadów. Jakie organizmy byłyby w stanie znieść coś takiego? Tak jak przypadku obszarów zlodowaciałych, tak i na pustyniach mamy do czynienia zarówno ze zwierzętami i roślinami. Rośliny, z jakimi możemy się spotkać na pustyniach, to na przykład: kaktusy, agawy, aloes, rośliny jednoroczne, trawy i rośliny trawopodobne (na przykład tzw. trawa piaskowa), akacje, jałowce lub rośliny epifityczne. Rośliny żyjące na pustyniach wykształciły bardzo rozległe i skomplikowane systemy korzeniowe, ale także mechanizmy magazynowania wody, co pozwala im na bardzo długie przechowywanie zasobów wodnych w swoich tkankach, a to z kolei pozwala im na w miarę normalne funkcjonowanie w tych ciężkich warunkach. Jeśli zaś mówimy o zwierzętach, należy tutaj wymienić gatunki takie jak myszoskoczki, różnego rodzaju węże, gekony, jastrzębie, sowy, lisy, wielbłądy, ale też różne gatunki owadów. Wymienione organizmy przystosowały się w różny sposób do pustynnych warunków. Jedne potrafią magazynować wodę i tłuszcz z pożywienia, inne prowadzą nocny tryb życia, by uniknąć upału dnia, niektóre ptaki potrafią bardzo długo latać w poszukiwaniu wody, a jeszcze inne potrafią dostosować swój metabolizm do aktualnych wymogów i warunków panujących w danym otoczeniu.
Jak wygląda badanie obszarów pustynnych? Tak jak w przypadku terenów polarnych wykorzystuje się różne techniki i metody badawcze. Wśród nich są m. in. bezpośrednie obserwacje terenowe, podczas których zbiera się informacje o faunie i florze regionu, opadach czy temperaturze. Wykorzystuje się obserwacje satelitarne, które pozwalają na badanie na przykład migracji piasku. Prowadzi się badania geofizyczne, których celem jest ustalenie geologicznej struktury i składu podłoża pustyń. Oprócz tego prowadzi się analizy paleoklimatyczne, meteorologiczne, hydrologiczne, biologiczne i hydrogeologiczne. Wszystkie te badania mają na celu zrozumienie zmian klimatycznych na przestrzeni dziejów, ale także obecnych zmian w zakresie temperatury, wilgotności, prędkości wiatrów, ilości opadów itp. Pomagają w modelowaniu podłoża pustyń, określaniu zasobów i dynamiki wód podziemnych, ich dostępności i ilości, ale także pozwalają na ocenę wpływu zmian klimatycznych i antropogenicznych na ekosystemy pustynne.
Rzućmy teraz okiem na to, jak prezentuje się środowisko górskie. W przypadku gór ważną rolę odgrywa wysokość. W zależności od wysokości gór zmienia się na przykład temperatura oraz ilość tlenu zawarta w powietrzu. To właśnie te zależności determinują i regulują życie w wysokich partiach gór, które dla wielu są niemożliwe do zamieszkania. Nie oznacza to jednak, że życie nie występuje tam w ogóle. Tak jak w przypadku pustyń i obszarów polarnych występują tutaj organizmy, które wykształciły specjalne cechy pozwalające im na codzienne egzystowanie w tak skrajnie trudnych warunkach. W najwyższych partiach gór i na najwyższych szczytach żyją rośliny takie jak Edelweiss. Kwiat ten na pierwszy rzut oka przypomina nieco stokrotkę. Jej strategią adaptacyjną jest wykształcenie wyjątkowo krótkiego okresu wegetacji czyli okresu, w którym wzrasta. Ten mechanizm ma zapobiec zniszczeniu rośliny przez silne wiatry i bardzo gwałtowne spadki temperatur. Jeśli chodzi o zwierzęta, najlepszym przykładem będą kozice górskie. W jaki sposób ten gatunek dał radę się przystosować? Otóż kozice górskie po pierwsze mają specjalnie przystosowane kopyta, które pozwalają im na poruszanie się w niezwykle trudnym terenie, dzięki czemu mogą poruszać się nawet pod kątem 60 w pionie. Oprócz tego potrafią zarządzać bardzo niskimi zasobami tlenu na dużej wysokości, co pozwala im „normalnie” funkcjonować.
Omówmy teraz oceany. Dlaczego oceany są środowiskiem tak trudnym do zamieszkania? Przede wszystkim elementem kluczowym jest tutaj ciśnienie, które rośnie wraz z głębokością. Przy powierzchni wody ciśnienie wynosi około 1013 hPa (hektopaskali), czyli jest podobne do tego, w którym ludzie funkcjonują na co dzień. 1013 hPa = 1 atmosfera. I tutaj zaczynają się schody, ponieważ w oceanach ciśnienie rośnie o ok. 1 atmosferę na każde 10 metrów w dół. W najgłębszych partiach oceanu, na przykład w Rowie Mariańskim, ciśnienie wynosi ok. 1000 atmosfer, czyli jest 1000 razy większe niż ciśnienie atmosferyczne. Wykonajmy teraz proste obliczenia, które pozwolą nam wyobrazić sobie skalę tego zjawiska: przeciętnie ciśnienie powietrza w oponie samochodowej wynosi 2 – 2,5 atmosfer. Na dnie Rowu Mariańskiego ciśnienie wynosi, jak wspomnieliśmy 1000 atmosfer, czyli jest ono ok. 400 razy większe niż w standardowej oponie samochodowej. W przeliczeniu na kilogramy na metr kwadratowy ciśnienie rzędu 1000 atmosfer jest równe naciskowi 10332300 kg/m2. To bardzo, bardzo dużo. Dlatego też tak bardzo trudno jest nam badać środowiska głębokomorskie, ponieważ badanie wykorzystujące maszyny zdolne wytrzymać takie ciśnienie są niezwykle kosztowne. Dlatego też wiemy tak mało o tym, co dzieje się w głębinach oceanicznych. Innym ważnym elementem jest brak światła, które dla wielu organizmów jest niezbędne do życia. Granica, poniżej której światło nie dociera, wynosi (przy wybitnie dobrych warunkach) ok. 300 m. Poniżej tej głębokości mamy do czynienia z tzw. strefą afotyczną, czyli z ciemnością absolutną. Jak zatem organizmy sobie radzą w takich warunkach? Jest wiele ryb, mięczaków czy skorupiaków, które potrafiły wykształcić pewne cechy pozwalające im na przeżycie. Na przykład: ryby głębinowe wykształciły narządy luminescencyjne, którymi oświetlają sobie głębiny, by poszukiwać pożywienia lub by to pożywienie do siebie zwabić. Posiadają także specjalnie wykształcone narządy zmysłu, które pomagają im w orientacji przestrzennej. Niektóre gatunki raków z kolei nauczyły się wykorzystywać inne zmysły niż wzrok, w taki sposób, by zlokalizować pokarm lub by schronić się przed drapieżnikiem (na przykład rak żarłacz). Niektóre kraby wykształciły niezwykle silne pancerze, które potrafią wytrzymać wysokie ciśnienie. Posiadają one jednocześnie niezwykle elastyczne struktury ciała, co pozwala im się bez większych przeszkód poruszać. Istnieją także organizmy, które mają niezwykle powolny metabolizm, a ich strategią adaptacyjną jest bardzo niskie zużycie energii i umiejętność okresowego pozyskiwania pożywienia.
Do badania głębin oceanicznych naukowcy wykorzystują różne strategie i metody. Oczywiście na porządku dziennym znajduje się używanie łodzi podwodnych czy batyskafów. Wykorzystuje się także roboty podwodne, które zbierają na przykład próbki materiału, który poddaje się następnie analizom. Roboty podwodne najczęściej stosowane są tam, gdzie jednostki załogowe nie mogą pracować przez wzgląd na potencjalne zagrożenie życia personelu. Dość popularne jest także wykorzystywanie sond oceanicznych i tzw. hydrofonów. Sondy oceaniczne służą temu by analizować takie dane jak zasolenie wód, migracje mas wodnych, przewodność elektryczną czy fizyczne właściwości wody. Hydrofony z kolei służą rejestracji różnego rodzaju częstotliwości i dźwięków, które mogą być wydawane przez niektóre zwierzęta wodne.
Podsumowując powyższe dane można śmiało stwierdzić, że tak naprawdę nie ma na świecie środowiska, do którego życie nie mogłoby się w jakiś sposób przystosować. Oczywiście gatunek ludzki przez wzgląd na swoją fizjonomię i fizjologię pewnych warunków nie jest w stanie wytrzymać, dlatego też my musimy żyć w habitatach o ściśle określonych normach. Na szczęście zwierzęta, rośliny czy generalnie organizmy inne niż człowiek wykształcają bardzo zróżnicowane strategie adaptacyjne, które pozwalają im na zasiedlanie wybitnie skrajnych warunków. To prowadzi z kolei do tego, że nasza planeta posiada wybitnie zróżnicowaną różnorodność biologiczną, dzięki której również nam żyje się lepiej.
Autor: Kuba Żurawski
Polski 
English (UK)