Fenologia și schimbările climatice

Fenologia studiază momentul unor evenimente sezoniere din viața organismelor: deschiderea mugurilor, înflorirea, migrația păsărilor sau apariția insectelor. Temperatura, durata zilei și alte condiții influențează calendarul biologic. Când clima se schimbă, unele evenimente pot avea loc mai devreme sau mai târziu. Speciile nu răspund întotdeauna în același ritm, astfel că o plantă poate înflori înainte ca polenizatorul ei obișnuit să fie activ în aceeași măsură. Încălzirea mută și locul: unele specii urcă la altitudini mai mari sau se deplasează spre latitudini mai înalte.

O observație dintr-un singur an nu dovedește o tendință climatică. Pentru a vedea o schimbare, cercetătorii folosesc înregistrări repetate pe mulți ani și compară cu temperaturi și alte variabile. Și vremea neobișnuită a unui an poate modifica data înfloririi. Într-un exercițiu, alege un copac din apropiere și notează anual sau săptămânal când apar mugurii și frunzele, folosind aceeași metodă. Compară datele numai după ce ai suficient timp de observație. Lecțiile Schimbările climatice și amprenta ecologică, Dezechilibrele ecologice și Conservarea biodiversității arată cauza climatică, efectele asupra relațiilor dintre specii și importanța monitorizării.

Modelele fenologice pot lega data unui eveniment de acumularea temperaturilor, fotoperioadă și necesarul de frig. Încălzirea poate avansa unele fenofaze, dar reacțiile diferă între specii și regiuni. Nepotrivirea fenologică poate schimba sincronizarea plantă–polenizator sau pradă–prădător, fără a garanta un efect negativ în fiecare caz. Seriile lungi și observațiile standardizate, făcute de voluntari, de rețele naționale de monitorizare și din imagini de satelit, sunt necesare pentru atribuirea tendințelor.

Fenofazele sunt etapele sezoniere observabile: înmugurirea, înfrunzirea, înflorirea, fructificarea, schimbarea culorii frunzelor și căderea lor; la animale: sosirea și plecarea păsărilor migratoare (rândunica Hirundo rustica sosește primăvara și pleacă toamna), apariția insectelor, hibernarea. Dezvoltarea multor organisme depinde de suma temperaturilor eficace (grade-zile): se adună, pentru fiecare zi, diferența dintre temperatura medie și un prag de bază, dacă este pozitivă. Fenofaza apare când suma atinge o valoare caracteristică speciei. În seriile de observații din 21 de țări europene (1971–2000), înfrunzirea, înflorirea și fructificarea s-au avansat în medie cu aproximativ 2,5 zile pe deceniu (Menzel și colab., 2006).

Redistribuția speciilor. Pe măsură ce clima se încălzește, speciile urmează temperatura care le convine: urcă la altitudini mai mari, unde aerul este mai rece, sau se deplasează spre latitudini mai înalte. O meta-analiză a studiilor despre organisme terestre a găsit o deplasare mediană de 11,0 m pe deceniu spre altitudini mai mari și de 16,9 km pe deceniu spre latitudini mai înalte (Chen și colab., 2011). Pentru fluturii din Europa și din nordul Africii, din 35 de specii cu date pentru ambele margini ale arealului, 22 și-au mutat arealul spre nord, cu 35–240 km, în cursul secolului XX (Parmesan și colab., 1999). Mecanismul: o specie dispare de la marginea caldă a arealului, unde temperatura depășește toleranța ei, și se stabilește la marginea rece, unde până atunci frigul o limita. Viteza diferă de la o specie la alta, pentru că depinde de capacitatea de dispersie și de plantele-gazdă. Mutarea poate despărți specii care interacționau: dacă o plantă urcă mai încet decât insecta care o polenizează, cele două nu se mai întâlnesc la același moment și în același loc.

Exemplu rezolvat 1: calculul gradelor-zile. Temperaturile medii zilnice sunt, în opt zile consecutive: 6, 8, 4, 10, 12, 9, 7, 14 °C. Pragul de bază este 5 °C.

1. Contribuțiile zilnice sunt: $1,3,0,5,7,4,2,9$; ziua cu 4 °C nu contribuie, pentru că este sub prag.
2. Suma pe opt zile este $1+3+0+5+7+4+2+9=31$ grade-zile.
3. Dacă un măr înflorește când suma atinge 100 de grade-zile, el înflorește mai devreme într-un an cald, în care suma crește mai repede, decât într-un an rece.

Exemplu rezolvat 2: nepotrivirea fenologică (valori de exercițiu). Un pițigoi hrănește puii cu omizi. Vârful numărului de omizi este în ziua 100 a anului, iar pițigoiul depune ouăle astfel încât vârful nevoii de hrană a puilor să cadă tot în ziua 100.

1. După o primăvară mai caldă, vârful omizilor are loc în ziua 90, deci cu 10 zile mai devreme.
2. Pasărea își avansează clocitul doar cu 3 zile, deoarece răspunde mai puțin la temperatură decât omizile, deci vârful nevoii de hrană cade în ziua 97.
3. Nepotrivirea este de $97-90=7$ zile: puii cresc când omizile sunt deja mai puține, iar succesul reproducerii scade.

Exemplu rezolvat 3: cât urcă o specie de munte (valori de exercițiu). O specie se deplasează cu rata mediană de 11,0 m pe deceniu. Temperatura aerului scade, în medie, cu 0,65 °C la fiecare 100 m de altitudine.

1. În 4 decenii, specia urcă $11,0\cdot 4=44$ m.
2. Pe această diferență de altitudine, temperatura scade cu $\frac{44}{100}\cdot 0,65\approx 0,29$ °C.
3. Concluzie: urcarea compensează o încălzire de circa 0,3 °C; dacă încălzirea este mai mare, specia poate ajunge sub vârful muntelui, unde nu mai are încotro să urce, iar populația poate dispărea.

Greșeli frecvente

• Greșit: O singură înflorire timpurie dovedește o schimbare a climei.
  Corect: Analiza tendinței cere observații din mai mulți ani.
• Greșit: Toate speciile își modifică ritmul sezonier identic.
  Corect: Răspunsurile depind de specie și de factorii de mediu.
• Greșit: Dacă o plantă înflorește mai devreme, polenizatorul ei apare automat mai devreme în aceeași măsură.
  Corect: Speciile răspund diferit la temperatură și la lungimea zilei, de aceea se poate crea o nepotrivire în timp.

Înainte și după