glaciers

Disappearing equatorial glaciers = disappearing cold-loving equatorial biodiversity (Znikające lodowce równikowe = znikająca zimnolubna bioróżnorodność równikowa

 

Obraz3

Glaciation accompanied our ancestors in Africa 3 million years ago. The growth of ice caps in the northern hemisphere and global cooling led to the transformation of forests in Africa into savannas, and hominids (our ancestors) who had “left the trees” had to learn to live in the open area. The first people in Africa saw glaciers and snow on the mountain tops, will the next generation, our sons and daughters, see the same?

Although glacier cover in Africa strongly fluctuated over the last 100 thousand years, regrettably, equatorial glaciers and snow are currently disappearing rapidly, and we are likely the last generation who may get to know these peculiar places. Despite the permanently harsh conditions of glacier/snow habitats, they are home for microscopic life ranging from microbes (e.g., algae, bacteria, fungi) to sophisticated invertebrates (e.g., rotifers, tardigrades). See previous posts about cyanobacteria or tardigrades.

Historically, glaciers have been considered sophisticated parts of the landscape, challenge for explorers, places for recreation, place of religious worship, and a symbol of the wilderness. For biologists, glaciers were once considered sterile, but in the last few decades, this view has been fully reversed with discoveries of extremophilic glacier organisms and glacial biology renaissance. Many of these organisms are described on this blog i.a. about red snow,  organisms in cryoconite ecosystems on Greenland or about the importance of glacial ecosystems.

Although glaciers have been a particular focus of polar biologists, ecologists, and biochemists over the past two decades, rapidly disappearing equatorial glacier habitats, biodiversity, and ecosystems remain mostly unexplored. Only a few places on Earth still host equatorial and near-equatorial ice—Africa (Kenya, Tanzania, Uganda), New Guinea, and South America (Ecuador, Colombia). Almost two years ago I met with professor Daniel Shain in USA (who works on animals inhabiting glaciers) and we decided to see what science know about equatorial glacial ecosystems. We identified marginal knowledge on equatorial glacier biodiversity using search engines (Google scholar, Scopus, Web of Science), literature published herein, and we consulted our results with other specialists. To date, only two reports have been published on glacial biodiversity (one previously described here) and next two on snow on equatorial glaciers, habitats that are destined to disappear completely in near future. Even though equatorial glaciers are small (i.e., playing marginal roles in global cycles in comparison with polar ice caps, perhaps influencing small scientific interests), due to their high speed of melting and their unique location, they should be studied urgently.

052

Glacier on Kilimanjaro top. Lodowiec na szczycie Kilimandżaro (fot. Elżbieta Wiejaczka).

The story of equatorial glaciers is quickly coming to an end before began—important biological data are literally melting and disappearing. Melting ice and snowpacks in Anthropocene is not only triggered by temperature but in tropical regions is more complex due to the effects of deforestation, influencing rain in higher altitudes, atmospheric moisture, or ice covered by dark dust (absorbing solar radiation). Glaciers on Kilimanjaro will most likely disappear within 25 years, while small glaciers in New Guinea will last only a few more decades; the Ugandan glacier will be gone in <5 years….

Equatorial glaciers constitute, “cold islands” for life in tropical regions and discovering their diversity might shed light on the biogeography of psychrophiles (cold loving organisms), their metabolism, dispersal, and history. A particular difference between equatorial and polar glaciers is that the former follows both seasonal and daily cycles. Due to high altitude, their surface is irradiated intensively, they represent different geological settings, and they are not directly surrounded by high mountains (like glaciers in Svalbard or the Alps), which decreases the delivery of local mineral and organic material on the glacier surface. Owing to these features as other glacial ecosystems they probably host well-known organisms but also unique, inhabiting only equatorial ice.

Taking into account that the species extinction rate is 100–1,000 higher than before Homo sapiens appeared, it is undisputable that propagation of representative species and cultures of tractable glacial organisms for longer-term analyses is crucial and should be made available for scientists worldwide. Do we forgot that species on Earth are awaiting discovery and that many undescribed species awaiting description? We cannot forget that the recognition of systems and diversity is a characteristic for expansion of our knowledge. It is timely that we should investigate the glacial dynamics, ecology, and biological diversity of the few remaining equatorial glaciers before the opportunity is lost. Will we make efforts to describe glacial equatorial biodiversity? Will we prolong the lives of equatorial glacier organisms in laboratories? What can we learn about these organisms? See all answers in article published by me and prof. Daniel Shain in Ecology and Evolution, is open access you may download paper for free. All references supporting all information are also presented in our paper.

Obraz1

Tardigrade Hypsibius sp. – a new species from Ugandan glacier. Niesporczak Hypsibius sp. – nowy gatunek z lodowca w Ugandzie.

Zlodowacenie towarzyszyło naszym przodkom w Afryce 3 mln. lat temu. To właśnie rozrost czap lodowych na półkuli północnej i globalne ochłodzenie doprowadziło do tego, że lasy w Afryce przekształciły się w sawanny, a hominidy (nasi przodkowie), które „zeszły z drzew” musiały nauczyć się żyć na otwartym terenie. Pierwsi ludzie w Afryce widzieli na szczytach lodowce i śnieg, czy kolejne pokolenie zobaczy to samo?

Pokrywa lodowa w Afryce silnie zmieniała się w ciągu ostatnich 100 tysięcy lat, niestety dziś, lodowce i śnieg znajdujące się na równiku tak szybko zanikają, że prawdopodobnie jesteśmy ostatnim pokoleniem, które może poznać te szczególne miejsca. Pomimo surowych warunków serwowanych przez śnieg i lodowce, są one domem dla wielu organizmów, począwszy od tych jednokomórkowych (np. glony, bakterie, grzyby), po wyszukane wielokomórkowe  bezkręgowce (np. wrotki, niesporczaki). Pisałem o tym wcześniej, np. o cyjanobakteriach  lub też niesporczakach na lodowcach

W przeszłości lodowce były postrzegane jako wyjątkowa część krajobrazu, wyzwanie dla odkrywców, miejsca rekreacji, kultu religijnego czy symbol dzikości. Dawniej biolodzy patrzyli na lodowce jako miejsca sterylne, pozbawione życia. W ciągu ostatnich kilku dekad pogląd ten został całkowicie odwrócony dzięki odkryciom ekstremofilnych organizmów lodowcowych (wiele z nich jest opisanych na tym blogu m.in. o czerwonym śniegu, o organizmach w ekosystemach kriokonitowych Grenlandii, czy globalnym znaczeniu ekosystemów lodowych). Chociaż lodowce były szczególnym przedmiotem zainteresowania biologów polarnych, ekologów i biochemików w ciągu ostatnich lat, niestety te równikowe, wraz z ich bioróżnorodnością pozostały w większości niezbadane. Tylko w kilku miejscach na Ziemi nadal utrzymuje się lód równikowy i okołorównikowy – Afryka (Kenia, Tanzania, Uganda), Nowa Gwinea i Ameryka Południowa (Ekwador, Kolumbia).

Dwa lata temu spotkałem się w USA z prof. Danielem Shain’em (specjalistą zajmującym się fauną żyjącą wewnątrz lodowców) i postanowiliśmy zbadać co nauka wie na temat równikowych ekosystemów lodowych. Do wyszukiwania informacji na temat bioróżnorodności lodowców równikowych użyliśmy wyszukiwarek takich jak Google scholar, Scopus oraz Web of Science, konsultowaliśmy także nasze obserwacje z innymi specjalistami zajmującymi się ekosystemami lodowymi. Do tej pory opublikowano tylko dwa artykuły na temat bioróżnorodności związanej z lodowcami (jeden, którego jestem autorem został opisany wcześniej na blogu) i dwa ze śniegiem na lodowcach równikowych. Brak informacji na temat siedlisk, które mają zniknąć całkowicie w ciągu najbliższych kilku dziesięcioleci jest przerażający. Mimo że lodowce równikowe są małe (tzn. odgrywają marginalną rolę w cyklach globalnych w porównaniu z polarnymi czapami lodowymi, być może stąd małe zainteresowania naukowe), ze względu na ich intensywne znikanie, ale też wyjątkową lokalizację, należy pilnie poznać je i ich mieszkańców.

Historia lodowców równikowych szybko dobiega końca – ważne dane biologiczne dosłownie się topią. Topniejący lód i śnieg na równiku w okresie Antropocenu jest nie tylko wywoływany przez wyższą temperaturę, ale w regionach tropikalnych jest to bardziej złożony proces ze względu na skutki wylesiania i związane z tym zmiany w opadach, większą ilość pary wodnej (to także gaz cieplarniany!) czy pyły pokrywające lodowce (pochłaniające promieniowanie słoneczne). Lodowce na Kilimandżaro najprawdopodobniej znikną w ciągu 25 lat, podczas gdy małe lodowce na Nowej Gwinei przeżyją tylko kilka kolejnych dekad; lodowiec w Ugandzie zniknie za mniej niż 5 lat….

Lodowce równikowe stanowią „zimne wyspy” dla życia w regionach tropikalnych, zatem poznanie ich różnorodności może rzucić światło na rozmieszczenie psychrofili (organizmy żyjące i  rozwijające się w niskich temperaturach), ich metabolizm, dyspersję i historię. Szczególną różnicą między lodowcami równikowymi i polarnymi jest to, że te na równiku są związane zarówno z cyklami sezonowymi (pora deszczowa i sucha), jak i dziennymi (dzień-noc). Ze względu na dużą wysokość, ich powierzchnia jest intensywnie napromieniowywana i nie są bezpośrednio otoczone wysokimi, obsypującymi się  szczytami i zboczami górskimi (jak lodowce na Svalbardzie lub w Alpach), co ogranicza dostarczanie lokalnego materiału mineralnego i organicznego na powierzchnię lodowca. W miejscach tych powinniśmy spodziewać się  zarówno gatunków znanych z innych lodowców jak i unikatowych, znanych tylko z lodowców równikowych.

Biorąc pod uwagę, że tempo wymierania gatunków jest o 100–1000 razy wyższe niż przed pojawieniem się człowieka, bezsporne jest, że zachowanie reprezentatywnych gatunków bakterii i zwierząt lodowcowych na potrzeby długoterminowych analiz ma kluczowe znaczenie dla naszej wiedzy na temat ekosystemów lodowych. Czy zapomnieliśmy, że gatunki na Ziemi czekają na odkrycie i że wiele ich jest nieopisanych? Nie możemy zapominać, że rozpoznanie systemów i różnorodności na naszej planecie jest charakterystyczne dla Homo sapiens i naszej naturalnej, ludzkiej ciekawości. Bardzo ważne jest, żebyśmy zbadali dynamikę, ekologię i różnorodność biologiczną kilku pozostałych lodowców równikowych przed utratą tej możliwości. Czy podejmiemy wysiłki, aby opisać różnorodność lodowców równikowych? Czy przedłużymy życie organizmów lodowców równikowych w laboratoriach? Czego możemy się dowiedzieć o tych organizmach? Zobacz wszystkie odpowiedzi w artykule opublikowanym przeze mnie i prof. Daniela Shain’a w Ecology and Evolution, można pobrać cały artykuł za darmo. Cała bibliografia dotyczące opisywanych faktów jest dostępna w spisie literatury artykułu.

Uganda-61 (1)

Dark sediment called cryoconite on glacier surface in Uganda. Cryoconite comprising mineral particulate matter of local and remote origin, including organic compounds, bacteria, algae, fungi, which in turn support protozoans and invertebrates. Ciemny osad nazywany kriokonitem na lodowcu w Ugandzie (fot. Elżbieta Wiejaczka). Kriokonit to biogeniczny osad zawierający materię mineralną i organiczną pohodzenia lokalnego lub też z dalekiego transportu. W skład kriokonitu wchodzą sinice, glony, grzyby i mikroskopijne bezkręgowce.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s