Dr Lin Meng, doktor habilitowana w Lawrence Berkeley National Lab w Kalifornii zdobyła główną nagrodę Science & SciLifeLab Prize for Young Scientists w 2021 r. za wyjaśnienie, w jaki sposób wyższe temperatury i sztuczne światło w miastach zmieniają czas pojawiania się liści na drzewach. Na miejskie rośliny działa nie tylko podwyższona temperatura, ale także sztuczne światło, które znacznie zmienia regularny cykl dnia i nocy, na którym polegają rośliny.

„Jako ekolodzy wiemy dużo o wpływie ocieplenia i zwiększonego stężenia dwutlenku węgla na rośliny, ponieważ są to dwa najważniejsze aspekty zmiany klimatu… ale światło nie zmienia się w naturze… Więc większość ludzi po prostu nie pomyślała o tym" - wskazała Meng. Jak zaznaczyła, wpływ sztucznego światła na drzewa często jest pomijany przy opracowywaniu strategii oświetlenia ulic miejskich.

„Badania te dostarczają ważnych informacji na temat wpływu środowiska miejskiego na naturalne procesy niezbędne do funkcjonowania ekosystemu. Zrozumienie, w jaki sposób miejska temperatura i światło wpływają na roślinność zarówno zwiększa naszą wiedzę na temat tych podstawowych interakcji ekologicznych, jak i pomoże nam zaprojektować bardziej odporne krajobrazy miejskie” – powiedział Sacha Vignieri, zastępca redaktora działu badań w "Science".

Fenologia to nauka badająca zależność pomiędzy zmianami czynników klimatycznych a periodycznymi zjawiskami w przyrodzie ożywionej. Chociaż ocieplenie klimatu przesunęło czas globalnych sezonowych zjawisk dotyczących drzew, takich jak pączkowanie liści i zazielenienie, środowiska miejskie stanowią dodatkowe wyzwanie dla drzew. Miasta mogą być nawet o 3 stopnie Celsjusza cieplejsze niż środowiska wiejskie, co znane jest jako efekt miejskiej wyspy ciepła. Sztuczne światło w nocy pochodzące z reklam, budynków, publicznych latarni ulicznych i pojazdów ma duży wpływ na regularne cykle świetlne.

Jak napisała Meng w swojej nagrodzonej pracy, wywołane przez człowieka zmiany mogą wpłynąć na fenologię nawet bardziej niż ocieplenie klimatu. Jej zainteresowanie zbadaniem tej możliwości zostało wywołane wycieczką, aby zobaczyć kwitnące wiśnie w Pekinie w Chinach w 2015 roku. Przedwcześnie rozwinięte kwiaty zniszczył przymrozek.

Obserwacja kwitnących wiśni w Pekinie zainspirowała Meng do zbadania wpływu innych środowisk miejskich na wzrost drzew, co było trudne do realizacji. „Miasta wykazują wyższe temperatury i poziom dwutlenku węgla, zanieczyszczenie światłem i zanieczyszczenie powietrza, więc trudno jest rozwikłać wszystkie te efekty” – powiedział Meng.

Drzewa rosnące w miejscach, w których występują wahania temperatury i czasu pojawiania się liści czy kwiatów mogą być zagrożone czynnikami takimi jak mróz, ale też niedopasowaniem do czasu pojawiania się innych organizmów (na przykład zapylaczy).

Wcześniejsze badania wpływu miast na fenologię bardziej skoncentrowały się na skali lokalnej i na wpływach miejskich wysp ciepła. Meng rozszerzyła swój obszar badawczy na całe Stany Zjednoczone.

Korzystając z danych satelitarnych, porównała wiosenne „zazielenianie” na obszarach miejskich i wiejskich w 85 największych miastach USA w latach 2001–2014. Odkryła, że wiosenne zazielenienie wystąpiło średnio 6 dni wcześniej na obszarach miejskich w porównaniu z obszarami wiejskimi, głównie ze względu na wyższe temperatury w mieście.

Jej analiza wykazała również, że podczas gdy zazielenienie drzew w miastach zmieniło się znacznie wcześniej niż zazielenienie drzew na obszarach wiejskich w związku ze zmianami klimatu, zazielenienie drzew w miastach reagowało na zmiany klimatu wolniej niż drzewa na obszarach wiejskich.

„Drzewa miejskie nie były wystarczająco schłodzone zimą, więc mniej reagowały, gdy temperatura rosła na wiosnę" - wyjaśniła Meng.

Obecność sztucznego światła w miastach gwałtownie wzrosła w ostatnich latach i prawdopodobnie będzie się utrzymywać. Ponieważ drzewa czekają z pączkowaniem na określoną ilość światła dziennego, pojawia się pytanie, czy drzewa, które wypuszczają pąki wcześniej w ciągu roku z powodu ocieplenia, spowolnią wcześniejsze zazielenienie, gdy napotkają skrócony dzień.

„W tej chwili jest najlepszy czas, aby zająć się kwestią ekologicznych konsekwencji zanieczyszczenia światłem, ponieważ mamy więcej i lepszych satelitów które umożliwiają nam obserwację dziennego natężenia światła na całym świecie” – powiedziała Meng.

W badaniu drzew w europejskich Alpach, regionie o stosunkowo równomiernym rozkładzie temperatury, ale zmieniającej się długości dnia na różnych szerokościach geograficznych, Meng potwierdziła, że dni z mniejszą ilością światła zmniejszyły wczesną zmianę wiosennego zazieleniania spowodowaną ociepleniem klimatu. Jednak w miastach obecność sztucznego światła pozornie wydłuża dni.

Wykorzystując nowo opublikowane dane satelitarne sztucznego światła z NASA Black Marble i obserwacje fenologiczne z amerykańskiej National Phenology Network w celu zbadania fenologii ze sztucznym światłem i bez niego w Stanach Zjednoczonych, Meng zbadała wpływ sztucznego światła na wcześniejsze zazielenianie się drzew w amerykańskich miastach. Odkryła, że sztuczne światło sprawiło, że wiosną zazieleniły się o 9 dni wcześniej w miejscach z intensywnym sztucznym światłem.

W przyszłych badaniach Meng chciałaby zbadać, jak poszczególne gatunki roślin reagują na różne części widma światła; na przykład diody LED, które emitują światło o szerokim spektrum, będą miały inny wpływ na środowisko niż sodowe lampy uliczne, które świecą głównie w żółto-pomarańczowej części widma. Innym obszarem zainteresowania jest identyfikacja krytycznego okresu, w którym drzewa są najbardziej wrażliwe na sztuczne światło. „Odpowiedzi na te pytania pomogą w podejmowaniu decyzji o tym, jakiego rodzaju światła potrzebujemy w różnych lokalizacjach, aby zminimalizować konsekwencje ekologiczne” – wskazała Meng.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/