Piękne bestie

O gatunkach inwazyjnych piszą dr hab. Paweł Kapusta i prof. dr hab. Anna M. Stefanowicz z Instytutu Botaniki im. W. Szafera Polskiej Akademii Nauk.

Fioletowo-niebieskie morze łubinu alaskańskiego na tle surowego islandzkiego krajobrazu to jeden z najbardziej zachwycających i jednocześnie przygnębiających widoków na Ziemi. Brzmi paradoksalnie, ale takie są rośliny inwazyjne: potrafią być piękne, lecz to piękno przykrywa ponurą rzeczywistość.

W 2000 r. Paul Crutzen, holenderski chemik atmosfery i meteorolog, laureat Nagrody Nobla, wprowadził do debaty naukowej termin „antropocen” na określenie aktualnie trwającej epoki geologicznej, w której człowiek jest siłą kształtującą warunki życia na Ziemi, pozostawiającą trwały i specyficzny ślad w zapisie kopalnym. Zwolennicy wydzielania tej epoki toczą spory o to, jaką cezurę dla niej przyjąć. Wśród kilku propozycji odnoszących się do tak odległych wydarzeń jak wyginięcie większości przedstawicieli megafauny (50-10 tys. lat p.n.e.), czy rozpowszechnienie się rolnictwa (3-10 tys. lat p.n.e.), i tak niedawnych jak rewolucja przemysłowa (XVIII-XIX w.) i pierwsze testy broni jądrowej (lata 50. XX w.), pojawia się rok 1492. To rok pierwszej wyprawy Kolumba i początek okresu wielkich odkryć geograficznych. Wtedy to między izolowanymi dotychczas krainami biogeograficznymi powstał pomost (dziś jest to już szeroka estakada), który pozwolił ogromnej liczbie gatunków roślin i zwierząt zawędrować daleko poza zasięg swojego naturalnego występowania. Botanicy odwołują się do tej daty, zaokrąglając ją czasem do roku 1500, aby odróżnić od siebie dwie grupy roślin synantropijnych obcego pochodzenia – archeofity, czyli te, które przybyły na dany teren w czasach przedhistorycznych lub wczesnohistorycznych, i kenofity, czyli te, które zostały sprowadzone lub przypadkowo zawleczone w erze nowożytnej i stosunkowo niedawno zadomowiły się w nowych dla siebie siedliskach. Tej drugiej grupie bacznie się dziś przyglądają naukowcy i praktycy ochrony przyrody, bowiem wywodzi się z niej większość roślinnych gatunków inwazyjnych i potencjalnie inwazyjnych.

Według najnowszych opracowań na terenie naszego kraju występuje grubo ponad 300 gatunków kenofitów. Kilkadziesiąt z nich zidentyfikowano jako rośliny inwazyjne co najmniej w skali regionu. Mimo że stanowią zaledwie około 2-3% wszystkich taksonów wchodzących w skład flory Polski, są poważnym zagrożeniem dla rodzimej przyrody, gospodarki, a nawet zdrowia ludzkiego. Ze względu na to ostatnie, wyjątkowo złą sławą owiane są kaukaskie barszcze – barszcz Sosnowskiego Heracleum sosnowskyi i rzadziej od niego spotykany barszcz Mantegazziego Heracleum mantegazzianum – prawdziwe monstra wśród roślin zielnych, osiągające do 4-5 m wysokości. Oba wytwarzają fotouczulające związki chemiczne, furanokumaryny, które w pewnych warunkach powodują u osób mających bliski kontakt z tymi roślinami nudności, bóle głowy, uszkodzenia dróg oddechowych i bolesne, trudno gojące się oparzenia skóry. Z tego powodu znajdują się na szczycie listy gatunków zwalczanych. Głównym źródłem obaw związanych z niekontrolowanym rozprzestrzenianiem się roślin inwazyjnych nie jest jednak ich toksyczność dla człowieka (z większości można pozyskiwać surowiec o działaniu leczniczym i kosmetycznym), lecz destrukcyjny wpływ na szatę roślinną. Wpływ ten jest widoczny na pierwszy rzut oka nawet dla osób bez specjalistycznej wiedzy, za to uważnie obserwujących świat przyrody. Rośliny inwazyjne, szczególnie te o szybkim tempie wzrostu i dużej łatwości rozmnażania wegetatywnego bądź generatywnego, błyskawicznie zajmują siedliska, do których udaje im się wniknąć, wypierając z nich rodzime gatunki. W ekstremalnych przypadkach tworzą rozległe, gęste, niemal jednogatunkowe łany, zarośla lub zadrzewienia, drastycznie redukując lokalną różnorodność biologiczną, a tym samym zaburzając funkcjonowanie całego ekosystemu i zmniejszając świadczone przez niego usługi (materialne i niematerialne korzyści, jakie czerpie z przyrody człowiek). Każdy, kto przedzierał się przez gąszcz rdestowca ostrokończystego Reynoutria japonica w szczycie sezonu wegetacyjnego, wie, że w cieniu jego listowia trudno znaleźć jakieś inne rośliny zielne (rdestowiec też do roślin zielnych się zalicza, choć wygląda jak wysoki krzew). Konkurencja o zasoby z tym agresywnym, wschodnioazjatyckim gatunkiem jest z góry skazana na niepowodzenie, dlatego w miejscach jego inwazji utrzymują się tylko te gatunki rodzime, które w ten czy inny sposób takiej konkurencji unikają. Ciekawym przykładem są geofity wiosenne, jak czosnek niedźwiedzi Allium ursinum i żywokost bulwiasty Symphytum tuberosum, które kończą swój cykl życiowy zanim rdestowiec w pełni się rozwinie i ocieni otoczenie, oraz pnącza, jak chmiel zwyczajny Humulus lupulus i kielisznik zaroślowy Calystegia sepium, wykorzystujące wysokie i sztywne łodygi rdestowca jako rusztowanie do wzrostu wzwyż. Niestety, tego drugiego sposobu na koegzystencję z rdestowcem używa też kolczurka klapowana Echinocystis lobata, kolejny inwazyjny w naszym kraju gatunek (tym razem północnoamerykański), który, podobnie jak rdestowiec, samoistnie rozprzestrzenia się w siedliskach nadrzecznych, stając się poważnym zagrożeniem dla wspomnianych wyżej rodzimych pnączy.

Przepis na (kłopoty) roślinną inwazję

Każdy gatunek posiada unikalny zestaw cech funkcjonalnych definiujących jego strategie wzrostu, reprodukcji i przetrwania, który ukształtował się na drodze ewolucji w określonych warunkach abiotycznych i biotycznych. Człowiek, sprowadzając na Stary Kontynent rośliny egzotyczne (ale też zabierając ze sobą do Nowego Świata rośliny, wśród których się wychował i bez których nie chciał się obejść), mniej lub bardziej świadomie dokonywał selekcji tych cech. Najłatwiej było przewieźć nasiona, ale u celu podróży tylko część z nich kiełkowała, a z tego zapewne niewielki odsetek rozwijał się do dojrzałości. Większe szanse miały więc te, które z natury długo zachowywały żywotność i nie wymagały specjalnych warunków, by wzejść. Niektóre gatunki transportowano w formie sadzonek. Te były wystawione na trudy wielotygodniowej podróży, w trakcie której niemożliwe było zapewnienie wszystkim roślinom optymalnych warunków, w tym tak prozaicznych jak wystarczające nawodnienie. Wyprawy dalekomorskie sporo kosztowały, a ładownie statków nie były z gumy, dlatego część procesu selekcji odbywała się jeszcze na lądzie. Co ciekawe gatunki wybierano głównie dla ich walorów dekoracyjnych (np. efektownych kwiatów lub owoców, okazałych liści, ciekawego pokroju), w powiązaniu z łatwością hodowli, rzadziej dla innych pożytków (np. z myślą o produkcji żywności, paszy czy drewna). Selekcja cech dotyczyła także pasażerów na gapę – roślin, które pokonały bariery geograficzne, najczęściej w formie nasion, wykorzystując swoje atuty, np. struktury pozwalające czepiać się sierści przewożonych zwierząt gospodarskich.

Ten swoisty dobór sprawił, że wśród gatunków introdukowanych (lub zawlekanych) sporo było takich, które już na starcie posiadały znaczące przewagi, decydujące o ich późniejszej ekspansywności. Potwierdzają to metaanalizy, czyli wysoko cenione opracowania wyników uzyskanych w dziesiątkach, a czasem setkach cząstkowych, niezależnych badań. Wskazują one na istnienie istotnych różnic we wszystkich grupach cech funkcjonalnych pomiędzy gatunkami inwazyjnymi a gatunkami rodzimymi, a także gatunkami obcymi, które nie stały się inwazyjne. Te pierwsze górują nad resztą tempem wzrostu, rozmiarami, plennością, zdolnością do dyspersji (zarówno poprzez nasiona jak i organy wegetatywne), efektywnością wykorzystania zawartych w glebie pierwiastków odżywczych, odpornością na różnego rodzaju stres środowiskowy (np. niedostatek wody, przymrozki, uszkodzenia mechaniczne, zanieczyszczenie), a czasem wieloma tymi cechami na raz.

Niektóre gatunki obce być może nie stanowiłyby dziś wielkiego problemu, gdyby były utrzymywane w kolekcjach botanicznych, w parkach, czy nawet przydomowych ogrodach. Niestety proces zadomowiania się tych gatunków był często przyspieszany przez człowieka, który wprowadzał je do środowiska naturalnego, spodziewając się różnorakich korzyści i bagatelizując ryzyko. Świetnym przykładem jest róża pomarszczona Rosa rugosa, która została sprowadzona do Europy przez ogrodników. Mimo że w końcu wymknęła się spod ich kontroli, nie stanowiła dużego zagrożenia dla rodzimej flory, dopóki nie zaczęto sadzić jej na wydmach nadmorskich. Jako gatunek odporny na zasolenie (w obrębie pierwotnego zasięgu, tj. na terenie wschodniej Azji, rośnie na wybrzeżach, często tuż przy granicy morza) i silnie się ukorzeniający, miała pomóc w stabilizacji podłoża. Znalazłszy się w optymalnych dla siebie warunkach, szybko zaczęła się rozprzestrzeniać, opanowując europejskie siedliska wydmowe pomiędzy 50° a 60° szerokości geograficznej (a więc także te nad Bałtykiem) i degenerując cenne przyrodniczo zbiorowiska. Podobną historię mają jedne z najbardziej rozpowszechnionych w Polsce inwazyjnych gatunków drzewiastych – dąb czerwony Quercus rubra, robinia akacjowa Robinia pseudoacacia i czeremcha amerykańska Padus serotina. Zostały sprowadzone z Ameryki Północnej jako rośliny ozdobne. Z uwagi na niewielkie wymagania i szybki wzrost, zaczęły być sadzone na ubogich siedliskach leśnych i terenach zdegradowanych, głównie w celu wzbogacenia tamtejszych biocenoz i poprawy właściwości glebowych. Choć praktyki te mocno ograniczono, wszystkie trzy gatunki zdążyły się zadomowić i w tej chwili rozprzestrzeniają się spontanicznie, korzystając między innymi z efektywnych strategii rozsiewania (np. zoochorii). Hamują rozwój roślin runa leśnego i wypierają rodzime, wolniej rosnące gatunki drzew poprzez negatywny wpływ na ich odnowienia.

Badania pokazują, że zbiorowiska roślin rodzimych, zwłaszcza te o dużym zwarciu i złożoności, potrafią skutecznie opierać się inwazji obcych gatunków, nawet jeśli składają się z gatunków konkurencyjnie słabszych, niż gatunki inwazyjne. Opór ten przełamują dopiero zaburzenia, najczęściej natury antropogenicznej, które miejscowo osłabiają lub całkowicie usuwają barierę, jaką jest naturalna pokrywa roślinna. Takimi zaburzeniami bardzo często są prace ziemne towarzyszące budowie i utrzymaniu dróg, umacnianiu skarp i wałów, powstawaniu osiedli, itp., których efektem jest zniszczenie oryginalnej roślinności i odsłonięcie gleby. Kiełkujące z nasion lub odradzające się wegetatywnie rośliny inwazyjne znajdują w takich miejscach przyczółki, z których stopniowo opanowują okolice. Rdestowiec ostrokończysty, dzięki wybitnym zdolnościom do regeneracji (roślina bez problemu odrasta z fragmentu kłącza długości 1 cm), łatwo przenosi się pomiędzy jednym zaburzeniem a drugim, np. wraz z transportowaną ziemią lub gruzem, albo na częściach maszyn budowlanych. Nawłoć kanadyjska Solidago canadensis, która masowo zarasta nieużytki, stając się w wielu miejscach dominantą krajobrazową, również korzysta z zaburzeń. Zaobserwowano, że swoją ekspansję często zaczyna od miejsc, które są nieregularnie rozjeżdżane, wydeptywane lub koszone, np. przydroży. Gdy takie miejsca opanuje, dalej rozprzestrzenia się błyskawicznie poprzez licznie produkowane nasiona, rozrost kłączy i allelopatyczne oddziaływanie na inne rośliny. Tylko część zaburzeń wykorzystywanych przez gatunki obce ma charakter mechaniczny. Tawuła kutnerowata Spiraea tomentosa, kolejna piękna bestia (gdy występuje masowo i kwitnie, dostarcza podobnych wrażeń estetycznych, oczywiście toutes proportions gardées, co wspomniany na samym początku łubin alaskański), korzysta z zaburzeń stosunków wodnych. Rozwija się na terenach podmokłych, ale dobrze znosi okresowe spadki poziomu wód gruntowych, których przyczyną może być np. konserwacja rowów melioracyjnych, przez co zyskuje przewagę nad roślinnością rodzimą, nietolerującą niedoborów wody.

Brzemienne skutki niewidocznych procesów

Rośliny funkcjonują w ścisłej relacji ze środowiskiem glebowym. Gleba jest źródłem niezbędnych do życia makro- i mikropierwiastków, a także siedliskiem różnorodnych organizmów, z których te najmniejsze – mikroorganizmy – pełnią najważniejsze role. Mikroorganizmy mogą oddziaływać na rośliny korzystnie (np. bakterie ryzosferowe, grzyby mikoryzowe), produkując fitohormony czy uruchamiając pierwiastki uwięzione w formach nieprzyswajalnych, lub niekorzystnie (np. grzyby patogenne), wywołując rozmaite choroby. Z kolei rośliny – poprzez wydzielanie różnorodnych substancji na drodze ryzodepozycji (za pośrednictwem korzeni) i produkcję martwej materii organicznej – wpływają na strukturę gleby oraz jej właściwości fizyczne i chemiczne, w tym ilość i jakość związków organicznych, które mogą działać na mikrobiom glebowy stymulująco bądź hamująco. Rośliny inwazyjne, będąc funkcjonalnie odmiennymi od roślin rodzimych, wprowadzają do tego złożonego systemu sprzężeń zwrotnych zmiany, które nie zawsze są widoczne na pierwszy rzut oka, ale mogą mieć poważne, długofalowe konsekwencje, np. utrudniać odtworzenie pierwotnych zbiorowisk po zwalczeniu inwazji.

Jedną z ważniejszych cech roślin z punktu widzenia kształtowania środowiska glebowego jest zawartość materiałów strukturalnych budujących tkanki roślinne, na przykład ligniny, oraz pierwiastków, w szczególności azotu. W badaniach często oblicza się stosunek węgla do azotu oraz ligniny do azotu, aby określić jakość chemiczną tkanek i prognozować ich wpływ na procesy ekosystemowe. Kolejną ważną cechą jest zawartość metabolitów wtórnych, czyli związków, które nie są roślinie niezbędne do prawidłowego funkcjonowania, ale mogą odgrywać różne przydatne role, na przykład, w interakcjach międzygatunkowych. Często mają one właściwości toksyczne i hamują rozwój innych organizmów: roślin, roślinożerców oraz mikroorganizmów glebowych. Tkanki roślin inwazyjnych bywają skrajnie różne, jeśli chodzi o ich strukturę i skład chemiczny. Na przykład robinia akacjowa, gatunek wiążący azot atmosferyczny dzięki symbiozie z bakteriami brodawkowymi, zawiera w liściach duże ilości tego pierwiastka i małe ilości ligniny. Zupełnie odmienny jest rdestowiec ostrokończysty, który ma bardzo mało azotu i fosforu (w stosunku do węgla), szczególnie w łodygach, stanowiących 70% jego biomasy nadziemnej. Zmienność w obrębie osobnika jest znaczna, gdyż inaczej są zbudowane liście, a inaczej łodygi, kłącza i korzenie rośliny. Rdestowiec znany jest również z produkcji dużej ilości metabolitów wtórnych z grupy polifenoli, w tym dobrze znanego resweratrolu. Z tego powodu jest cenioną rośliną leczniczą, wykorzystywaną w tradycyjnej medycynie dalekowschodniej. Wysokimi stężeniami polifenoli cechuje się także wspomniana wcześniej róża pomarszczona. Badania terenowe prowadzone na obszarze Polski pokazały, że oba gatunki inwazyjne – rdestowiec i róża – pod względem zawartości metabolitów wtórnych przewyższają, czasem wielokrotnie, rosnące w ich sąsiedztwie rośliny rodzime, co może tłumaczyć obserwowane w trakcie inwazji zmiany w strukturze i aktywności zespołów glebowych bakterii i grzybów. Skoro jesteśmy przy grzybach, wspomnijmy jeszcze o ich szczególnie ważnej grupie – grzybach mikoryzowych. Grzyby te wchodzą z roślinami w symbiozę, w ramach której partner grzybowy zaopatrywany jest przez roślinę w związki organiczne pochodzące z procesu fotosyntezy, a roślina dzięki grzybowi ma ułatwiony dostęp do niektórych makro- i mikropierwiastków. Są jednak gatunki roślin, które nie tworzą takich związków. Jednym z nich jest rdestowiec ostrokończysty. Zdominowane przez niego siedliska szybko ubożeją pod względem różnorodności gatunkowej i biomasy grzybów mikoryzowych (ponieważ grzyby te nie są dostatecznie odżywiane i/lub nie tolerują stresu chemicznego powodowanego przez metabolity wtórne), co może być problemem z punktu widzenia odtwarzania rodzimych zbiorowisk w przyszłości.

W glebie i na jej powierzchni zachodzi jeden z kluczowych procesów ekosystemowych – dekompozycja (rozkład) martwej materii organicznej – dzięki któremu pierwiastki wbudowane w trakcie fotosyntezy w związki organiczne o skomplikowanej budowie uwalniane są do środowiska w postaci prostych związków nieorganicznych (np. cząsteczek gazów czy rozpuszczalnych w wodzie jonów). Rośliny inwazyjne, zmieniając właściwości fizyczne i chemiczne gleby, wpływają na organizmy glebowe, które pośrednio i bezpośrednio w procesie dekompozycji uczestniczą. Końcowy efekt jest czasem trudny do przewidzenia. Rdestowiec ostrokończysty i róża pomarszczona nasycają tkanki metabolitami wtórnymi, które działają inhibitująco na aktywność wielu enzymów glebowych odpowiedzialnych za rozkład materii organicznej. Z drugiej strony rośliny te stwarzają warunki, które temu rozkładowi sprzyjają. Bujny baldachim liści rdestowca i leżąca poniżej gruba warstwa ściółki chronią glebę przed nadmiernym wysychaniem, dzięki czemu mikroorganizmy glebowe mogą efektywnie działać nawet podczas letnich epizodów suszy. Róża wraz z metabolitami wtórnymi wprowadza do gleby sporą ilość pierwiastków odżywczych, co na mikroorganizmy siedlisk tak ubogich jak wydmy nadmorskie może wpływać stymulująco (nie jest to jednak pożądane, bowiem siedliska ubogie powinny takimi pozostać, w przeciwnym razie tracą swój charakter i wartość przyrodniczą). Robinia akacjowa również stosuje obronę chemiczną polegającą na syntezie substancji o działaniu allelopatycznym. Jednak jako gatunek zdolny do wiązania azotu atmosferycznego wzbogaca glebę w ten pierwiastek w takim stopniu, że jej korzystny wpływ na mikroorganizmy jest dominujący. Metaanalizy pokazują, że inwazje roślinne, traktowane en masse, przyspieszają rozkład materii organicznej, czego wskaźnikiem jest między innymi wyższe tempo uwalniania z gleby gazów, jak dwutlenek węgla i metan, czy zwiększona aktywność enzymów zaangażowanych w mineralizację podstawowych pierwiastków odżywczych jak azot i fosfor. Biorąc pod uwagę skalę zjawiska rozprzestrzeniania się gatunków inwazyjnych oraz to, że ma ono postępujący charakter, można zaryzykować stwierdzenie, że będzie ono coraz istotniej oddziaływało na globalne cykle biogeochemiczne, a zatem także na tak istotne warunki do życia na Ziemi jak np. bilans gazów cieplarnianych.

---

Słowa kluczowe

gatunki inwazyjne; cechy funkcjonalne; interakcje roślina-gleba; metabolity wtórne; procesy glebowe

---

• Nauki biologiczne i rolnicze
• Polska Akademia Nauk
• popularyzacja