Sekrety klimatu zamknięte w muszli

Muszle – pancerze ochronne morskich mięczaków – mają wiele wspólnego z drzewami. Gdy mięczaki rosną, muszle rosną wraz z nimi tworząc wzór podobny do słojów drzewa. W muszlach pierścienie te nazywa się przyrostami, które zawierają w sobie informacje dotyczące środowiska, w którym dany organizm wzrastał. Ponadto, podobnie jak drzewa, mięczaki mogą żyć bardzo długo, a tym samym zawierać w sobie zapisy dotyczące warunków klimatycznych na przestrzeni wielu lat.

Na przykład morski wenus małż (Arctica islandica) może żyć nawet 500 lat. Generalnie małże zamieszkują oceny od ponad 500 milionów lat i ich skamieniałości zamknięte są w skałach osadowych.

Bernd Schöne, paleontolog z Uniwersytetu w Mainz, Niemcy specjalizuje się w skeletochronologii (lub „badaniem pierścieni na muszlach”), stosunkowo młodej dyscyplinie, wykorzystującej metody podobne do tych stosowanych w przypadku badania słojów drzew. Bernd, który zajmuje się muszlami od 15 lat, nazywa je „niepowtarzalnym archiwum klimatycznym”. „Sposób, w jaki muszle rosną zależny jest od warunków środowiskowych takich jak temperatura, dostępność pożywienia oraz warunki wodne” tłumaczy. „Dlatego właśnie studiowanie ich dostarcza nam informacji o tym jak te warunki kształtowały się w przeszłości.”

Rekonstrukcja zmian środowiskowych

Podobnie jak zęby czy kości, muszle stanowią materiał kompozytowy złożony z węglanu wapnia (CaCO₃) i dużych cząsteczek organicznych (polimerów) takich jak białka. Węglan wapnia jest substancją nieorganiczną gromadzącą się w naszych pralkach i czajnikach w postaci kamienia. W muszlach występuje w postaci kalcytu lub aragonitu tworząc kryształy, które formują mięczaka i „sklejają” się z organicznymi polimerami. Wraz ze wzrostem, małże dodają kolejne warstwy mieszaniny węglanu wapnia i polimerów do swoich muszli.

Jednak wzrost muszli nie jest ciągły. „Gdy mięczaki doświadczają ograniczonego dostępu do pożywienia bądź też dochodzi do zmiany temperatury czy też jakości wody, wzrost muszli zwalnia i formuje się linia” wyjaśnia Bernd. „Gdy warunki się poprawiają muszla znowu rośnie.” Wynikiem tego jest regularny wzór linii wzrostu (wynikających z powolnego wzrostu) oraz przyrosty (efekt gwałtownego wzrostu), który można wykorzystać jak kalendarz do rekonstrukcji i datowania zmian środowiskowych. Jeśli na przykład znana jest dokładna data śmierci małży naukowcy są w stanie rozmieścić czasowo pozostałe linie.

Innym sposobem na określenie zmian środowiskowych na podstawie muszli jest przeanalizowanie jej składu chemicznego. Tlen posiada trzy formy (izotopy): tlen-16, tlen-17 i tlen-18, które określane są przez ilość neutronów w jądrze. W zimnej wodzie stosunek tlenu-18 do tlenu-16 jest wyższy niż w ciepłej wodzie i tlen-18 jest łatwiej przyswajany przez muszle niż tlen-16. Dlatego też analizując proporcje pomiędzy izotopami tlenu naukowcy są w stanie stwierdzić jak kształtowana się temperatura wody w okresie gdy muszla rosła.

Ale jak naukowcy potrafią stwierdzić kiedy to się stało? Żeby to zrobić liczą ilość przyrostów i linii, tak jak określając wiek drzewa liczą słoje. Muszle mają jednak znaczącą przewagę nad drzewami: formują codzienne pierścienie zamiast rocznych słojów jak czynią to drzewa. To daje bardziej szczegółowy obraz warunków środowiskowych, które miały wpływ na ich wzrost. Ponieważ różne osobniki tego samego gatunku rejestrują warunki środowiskowe w ten sam sposób, poszczególne wyniki mogą być zestawione w chronologiczny spis wydarzeń klimatycznych. Taki kalendarz nie tylko pomoże usystematyzować pozostałe zapisy środowiskowe, ale pozwoli również na cofnięcie się w czasie do okresu, w którym ludzie jeszcze nie prowadzili zapisów dotyczących klimatu.

Wykorzystując muszle jako nośniki informacji, Berndowi i jego zespołowi udało się zrekonstruować klimat regionu Północnego Atlantyku z okresu ostatnich pięciuset lat. Dokładniej rzecz biorąc udało im się stwierdzić, że temperatura w Morzu Północnym wzrosła o jeden stopień Celsjusza przez ostatnie 150 lat. Idąc bardziej w szczegóły, Bernd wykorzystał okazy gatunku Arctica islandicato by zmierzyć jak poziom dwutlenku węgla i temperatura w oceanach świata zmieniały się na przestrzeni tysiąca lat. Tym samym uzyskał jasne dowody na ekstremalne wydarzenia atmosferyczne, takie jak Mała Epoka Lodowcowa (1300 – 1850) czy powtarzające się wydarzenia pogodowe pokroju El Niño.

Co przyszłość przyniesie mięczakom?

Mięczaki pomagają nam w rekonstrukcji dawnych warunków klimatycznych, jednak co z przewidywaniem zmian klimatycznych? Bernd wskazuje, że jest to domena klimatologów, jednak badanie przyrostu muszli na przestrzeni czasu może pomóc w przewidywaniu jak obecne i przyszłe zmiany klimatyczne wpłyną na zwierzęta bytujące w muszlach. Ponieważ wzrost muszli jest uzależniony od ściśle określonych warunków środowiskowych, Bernd ostrzega, że zmiany klimatyczne „mogą mieć negatywny wpływ na zwierzęcą umiejętność budowania swoich muszli”.

Na przykład, Bernd i jego koledzy znaleźli związek między wzrostem muszli a temperaturą wody. „Każdy gatunek przystosowany jest do swojego własnego przedziału temperaturowego: w nim najlepiej funkcjonuje metabolizm tych zwierząt,” wyjaśnia. „Jeśli temperatura jest wyższa lub niższa niż przedział, do którego zwierzęta są przyzwyczajone, ich muszle przestają rosnąć.”

Zakwaszenie oceanu – spadek oceanicznego pH spowodowany rozpuszczaniem się dwutlenku węgla z atmosfery jest kolejną zmienną, która może mieć wpływ na mięczaki. „Obecnie pH wynosi 7,9 do 8,0” wyjaśnia Bernd. „Przez najbliższe stulecie może spaść o 0,1 do 0,3 jednostki”. Jeśli ta tendencja utrzyma się przez kolejne wieki, woda będzie się robiła coraz bardziej kwaśna i niektóre gatunki mogą mieć problemy z formowaniem muszli. „Nie jest to jednak równoznaczne z wyginięciem tym zwierząt,” mówi Bernd. „Jest za wcześnie na wyciąganie wniosków, bowiem badania nad wpływem zmian pH na mięczaki prowadzone są rzadko, a ich wyniki bywają sprzeczne”. Jednak zmiany klimatyczne mogą, niektórym gatunkom, kosztem innych sprzyjać.

Pomimo tego, iż mięczaki są bardzo czułe na zmiany w swoim środowisku, udało im się dostosować do wszystkich głównych środowisk Ziemi (morskie, słodkowodne, naziemne) i w chwili obecnej stanowią drugą co do wielkości grupę bezkręgowców. Niektóre gatunki żyją w warunkach wyjątkowo kwaśnych, takich jak oceaniczne obszary wulkaniczne i mogą być wskazówką jak w przyszłości złagodzić skutki zakwaszenia wód oceanicznych.