Polacy, nauka i Antarktyka

Utworzono: wtorek, 29 październik 2013 Stanisław Rakusa-Suszczewski Drukuj E-mail

 Od początku założenia stacji Arctowskiego w 1977 roku prace prowadzono w obszarze mało poznanym, dziewiczym, dla polskich naukowców obcym.

antarktyda 


Efektem wstępnego rozpoznania funkcjonowania Zatoki Admiralicji w sąsiedztwie stacji H. Arctowskiego była publikacja  monograficzna „The Maritime Antarctic Coastal Ecosystem of Admiralty Bay” (1993) wydana przez Zakład Biologii Antarktyki PAN z dobrymi recenzjami na Zachodzie. Szczególna uwaga była zwrócona na rejon Admiralty Bay i wzajemny związek ekosystemu morskiego i lądowego.

Kolejnym etapem był zbiór reprintów i spisy referencji w książce „The coastal and shelf ekosystem of maritime Antarctic”, stanowiącej monografię tego obszaru i wydanej przez Uniwersytet Warszawski w 2005 roku. 
Koordynacją działalności naukowej zajmował się najpierw Zakład Badań Polarnych w Instytucie Ekologii PAN kierowany przeze mnie od roku 1975, a po roku 1992 funkcję tę pełnił samodzielny  Zakład Biologii Antarktyki PAN, którym kierowałem do września 2005 roku.

Od początku założenia stacji Arctowskiego w 1977 roku prace prowadzono w obszarze mało poznanym, dziewiczym, dla polskich naukowców obcym. Opis terenu, na początkowym etapie, wymagał  pomiarów i wykreślenia map. Prace kartograficzne objęły rejon wokół Południowych Szetlandów, Cieśninę Bransfielda, część Cieśniny Drake i wykonane były przy okazji hydroakustycznych sondowań w morskich wyprawach statku r/v Profesor Siedlecki w programie BIOMASS (Szeliga, Rakusa-Suszczewski).

Rejon stacji Arctowskiego i Zatoki Admiralicji kartowano stopniowo z coraz większą dokładnością (Marsz, Battke, Birkenmajer), obejmując obszar zlewni Zatoki Admiralicji, a następnie skoncentrowano  się na szczegółach  jej zachodniego brzegu (Pudełko), stanowiącego rejon szczególnych zainteresowań naukowych (SSSI).
Prace stopniowo rozszerzono na wschód o fragmenty Zatoki King George i Wyspy Pingwin. Ogromną rolę spełniły wykonywane przez zespół ZBA PAN w 1979 roku zdjęcia lotnicze zlewni i fotomapa  całej Zatoki Admiralicji, co pozwoliło w kolejnych latach na śledzenie zmian zachodzących na lodowcach, na linii brzegowej zatoki, w lagunach,  w koloniach pingwinów, w miejscach skupień słoni i uchatek, w ujściach spływu wody i osadów mineralnych z lądu do Zatoki.

 

Badania klimatyczne i hydrologiczne


Rozpoczęcie w 1977 roku badań klimatycznych i działalności stacji meteorologicznej, prowadzącej pomiary 8 razy na dobę przez kwalifikowanych obserwatorów IMGW, pozwoliło już po pierwszym dziesięcioleciu obserwacji wnioskować o wzroście temperatury powietrza w tym rejonie w granicach 0,02 – 0,04oC na rok (Martianov, Rakusa-Suszczewski). Była to pierwsza w literaturze naukowej informacja dla tego obszaru. Symultaniczne zmiany wykazała  temperatura  gruntu (Zwolska, Rakusa-Suszczewski). Zmianom klimatycznym towarzyszy intensywna  deglacjacja w obszarze zlewni Zatoki Admiralicji.


Prace hydrologiczne i hydrochemiczne
na lądzie i w samej Zatoce Admiralicji dały wszechstronne (przez dwukrotne w pełnym cyklu rocznym) pomiary temperatury, zasolenia, biogenów, zawartości chlorofilu, produkcji pierwotnej  (Lipski, Tokarczyk). Stwierdzono lokalny upwelling w zatoce na wejściu do fiordu Ezcurra, oraz wykazano zgodność temperatury wody napływającej do Zatoki w strefie przydennej  z temperaturami powietrza w okresie zimowym. Ustalono kierunki prądów zimą i ich  szybkość w cieśninie Bransfielda w oparciu o śledzenie gór lodowych (Madejski, Rakusa-Suszczewski). Testowano również  model matematyczny prądów w Zatoce Admiralicji (Robakiewicz), co miało nie tylko naukowy sens,  bo wyjaśniło szereg zjawisk biologicznych, ale i praktyczny wymiar, pozwalający zrozumieć czym grozi zanieczyszczenie ropą, odpadami ze stacji czy innymi losowymi wypadkami w obszarze Zatoki Admiralicji.

Podobne badania prowadzono w  morzu dookoła Szetlandów Południowych i wyspy King George, gdzie podstawą były pomiary wykonywane w ramach pięciu ekspedycji biologicznych morskich (I Samodzielnej Morskiej Naukowej Wyprawy statków r/v Profesor Siedlecki i t/Tazar oraz wypraw międzynarodowego programu  Biomass-Fibex, Biomass-Sibex, Biomas III i Biomas IV). Rezultaty FIBEX opublikowano w Cambridge w formie atlasu. Badania te wykazały istnienie frontów hydrologicznych  i miejsc o dużych gradientach  temperatury i zasolenia T/S. Pozwoliło to określić miejsca powstawania skupień kryla (Rakusa-Suszczewski), co miało przełożenie na praktyczne wnioski dla floty rybackiej, ale i  wyjaśniało powstawanie żerowisk ryb, fok, wielorybów. Rozpoznano strukturę kolumny wody na skraju szelfu Cieśniny Drake (BIOMASS III  i warunki hydrologiczne i hydrochemiczne na skraju lodów morskich w Morzu Scotia (BIOMASS IV).

 

Badania kartograficzne i mikrobiologiczne


Kartograficzne, klimatyczne i hydrologiczne badania i  pomiary stanowiły tło środowiskowe prowadzone  w szerokim aspekcie czasowym i przestrzennym dla  prac nad biologią gatunków i populacji reagujących na zmiany środowiska i stanowiących o funkcjonowanie tego ekosystemu (Rakusa-Suszczewski). Najnowsze rezultaty określonych kierunków badań reprezentują zawarte w książce reprinty i referencje  pozwalające na stopniowe śledzenie  rozwoju i wkładu Polaków do poznania tego obszaru Antarktyki.


Mikrobiologiczne badania prowadzono wokół Południowych Szetlandów, w wodach Zatoki Admiralicji, (Zdanowski, Donachie), na lądzie w strefie użyźniania guanem z kolonii pingwinów i obszarze przybrzeżnym, gdzie dekompozycji ulegały  makro glony rozkładające się na brzegu (Zdanowski, Nędzarek, Rakusa-Suszczewski).  Stworzono opis mikroflory Antarktyki z tych środowisk, analizując ją ilościowo, jakościowo i pod względem fizjologii oraz utworzono w ZBA PAN  największy bank bakterii  Antarktyki (Zdanowski). Badania mikrobiologiczne miały również aspekt praktyczny – poszukiwanie nowych szczepów użytecznych w biotechnologii.


Badania flory lądowej i morskiej

Badania flory lądowej zaowocowały wartościową monografią porostów wyspy King George (Olech) i monografią mchów Antarktyki wydaną w Cambridge UK (Ochyra). W rejonie  Zatoki Admiralicji  występuje jeden gatunek trawy i zioła. Badania pozwoliły na określenie ich biomasy i rozmieszczenia oraz procesu zasiedlania roślinnością obszarów uwalnianych spod lodu (Barcikowski). Łąka obok stacji Arctowskiego - nawożona i nawadniana -  jest unikatową w skali Południowych Szetlandów, lecz ulega stopniowym zmianom ( Tatur, Juchnowicz-Bierbasz, Rakusa-Suszczewski).
Występująca w rejonie zachodniego brzegu Zatoki Admiralicji trawa Deschampsia wykazuje duże różnice  fenotypowe i nie są to jak wykazano różnice genetyczne (Chwedorzewska). Pojawienie się tu w ostatnich latach drugiego gatunku trawy - Poa  jest  niejasne. Nie wiadomo, czy przywleczona  została ona z  Polski, czy przez turystów z Ameryki Południowej (Chwedorzewska), ale świadczy o wpływie działalności człowieka.


Florę  morską stanowią krasnorosty, brunatnice i zielenice  zajmujące  30% dna Zatoki Admiralicji, którą zmapowano do głębokości 100 m (Zieliński). Makroglony te stanowią ogromną biomasę materii organicznej, która w wyniku działania lodu i fal jest wyrzucana w  tysiącach  ton  na brzeg  zatoki i roznoszona  przez wiatr po lądzie. Biogeny z makroglonów wzbogacają glebę na lądzie i są (drugim po guanie pingwinów) źródłem materii organicznej zasilającej geoekosystem lądowy Zatoki Admiralicji, co ma istotne znaczenie dla jego funkcjonowania.

 

Badania fauny


Prace zoologiczne taksonomiczne i biologiczne obejmowały wiele grup organizmów planktonowych, bentosowych i ryb w wodach oceanicznych i  w zatoce Admiralicji (Kopczyńska, Ligocki, Jażdżewski, Siciński, Presler, Skóra, Zadrożny, Kulesz). Ustalenie cyklu  życiowego kryla było dużym osiągnięciem  w ramach udziału Polski w międzynarodowym programie BIOMASS (McClachie, Rakusa-Suszczewski, Filcek). Wykonano pełną całoroczną analizę jakościową i ilościową  planktonu morskiego w Zatoce Admiralicji (Kittel). Dużym osiągnięciem było dokonanie badań porównawczych bipolarnych mezofauny słodkowodnej na lądzie w rejonie  stacji Arctowskiego (Antarktyka) i stacji Hornsund (Spitzbergen) ( Janiec).
Polscy naukowcy mają możliwości pracy na obu obszarach polarnych dzięki posiadaniu stacji badawczych. Prace parazytologiczne  prowadzone na rybach i ptactwie Antarktyki były podstawą paru monograficznych opracowań najwyższej klasy dotyczących przywr, tasiemców i kolcogłowów opublikowanych przez wydawnictwo Springera (Zdzitowiecki).


Badania ornitofauny i kontrola liczebności głównie pingwinów w wieloletnich obserwacjach pozwoliła na stwierdzenie zmian (Jabłoński, Sierakowski) w tym dość nietypowym rejonie. Przejściowym,  bo obejmującym gatunki zarówno te najbardziej południowe (P. adelie) jak i gatunki preferujące bardziej  północne rejony Antarktyki (P. antarctica). Interpretacja zmian liczebności oparta wyłącznie na zmianach temperatury i powierzchni paku lodowego, pod którym  żywi się zimą kryl stanowiący pokarm pingwinów, może być zawodna i wymaga dalszych obserwacji, biorących pod uwagę sąsiedztwo i stałą obecność człowieka w tym rejonie, czy zmiany troficzne w oceanie w skali makro.

Wieloletnia kontrola liczebności płetwonogich pozwoliła na określenie rocznych wahań i kierunków zmian wszystkich pięciu gatunków występujących w tym rejonie oraz odkrycie związku pomiędzy zmianami klimatycznymi El Niño i liczebnością uchatek w rejonie Południowych Szetlandów (Salwicka, Rakusa-Suszczewski). Zwiększenie dostępności linii brzegowej w wyniku deglacjacji spowodowało coraz większą aktywność uchatek w tym rejonie  i mechaniczne niszczenie trawy,  w skutkach większe niż skutki działalności człowieka ograniczającego świadomie swoją ekspansję terytorialną.

 

Nowy kierunek badań


Nowym kierunkiem badań zainicjowanych przeze mnie na stacji była trofochemorecepcja u morskich organizmów przydennych. O ich rozmieszczeniu decydują sygnały chemiczne. Ten kierunek badań nie uprawiany był dotychczas w Polsce. Dało to wiele ciekawych publikacji (Kidawa, Janecki, Markowska, Rakusa-Suszczewski) i w wielu przypadkach przyczyniło się do wyjaśnienia mechanizmów  reakcji, wrażliwości metabolizmu zwierząt  na bodźce związane z odżywianiem czy obecność drapieżcy,  oraz  organizację zespołów dennych.
Dało również podstawę do stwierdzeń o ewolucyjnym charakterze chemorecepcji. Eksperymenty z G. antarcticus i A. plebs, u których kwas L-glutaminowy podnosił poziom metabolizmu pokazały, że informacja chemiczna w postaci tego właśnie aminokwasu jest odbierana za pośrednictwem receptorów glutaminianowych. Wskazuje na to fakt blokowania tej reakcji przez kwas kinurenowy (antagonistę receptorów glutaminianowych).
Jest to jedna z najstarszych ewolucyjnie reakcji, związanych z neuroprzekaźnikami, znanych również w systemie nerwowym kręgowców oraz w mózgu człowieka. Pozwala to również sądzić, że kwas L-glutaminowy jest odbierany przez badane zwierzęta tylko jako nośniki informacji, a nie jako substrat pokarmowy. U roślinożernych jeżowców S. neumayeri kwas L-glutaminowy istotnie obniżył poziom respiracji i odstraszył osobniki od jego źródła. U W. obesa kwas L-glutaminowy nie wywołał żadnej reakcji metabolicznej, ani zmian zachowania. Jego rolę zastąpiła arginina.

Jest to szczególnie interesujący przypadek dotyczący dwóch podobnych gatunków nekrofagicznych obok opławów: A. plebs i W. obesa, zajmujących w Zatoce Admiralicji bardzo zbliżone nisze ekologiczne, ale reagujących na odmienne aminokwasy, co może obniżać konkurencję pomiędzy nimi o pokarm. Poziom „metabolizmu zasadniczego” głodzonych zwierząt zmieniała również: arginina, histydyna, leucyna, lizyna, seryna i tyrozyna.

 

Badania geologiczne i geochemiczne


Badania geologiczne i geochemiczne w rejonie Zatoki Admiralicji  były w pewnym okresie dużym osiągnięciem na skalę międzynarodową. Stwierdzono tu obecności zmineralizowanego guana (Tatur, Myrcha) i  reliktowych gleb ornitogennych. W serii prac geologicznych, petrograficznych  paleontologicznych  (Birkenmajer, Gaździcki, Tatur, Krajewski) opisano teren i występujące tu struktury, pochodzenie i etapy zlodowacenia, co rzuca światło na historię tego obszaru w przeszłości.


W tej zalodzonej na  ponad 90% wyspie funkcjonowanie ekosystemu strefy przybrzeżnej oparte jest o transport aktywny materii organicznej z morza na ląd przez pingwiny oraz transport materii glonów morskich wyrzucanych przez fale na brzegi zatoki. Cofanie się lodowców powoduje odsłanianie  fragmentów lądu i sprzyja procesom transportu również materii mineralnej w wyniku spływu i zwiewania jej wielu milionów ton do wód Zatoki  Admiralicji. Nowo odsłaniające się tereny w strefie zlewni Zatoki Admiralicji są intensywnie zasiedlane przez florę i faunę (Janiec). Stwierdzono, że obszar wód Zatoki Admiralicji z jej  produkcją pierwotną i wtórną nie jest wystarczający  dla wyżywienia  występujących tu w okresie lata pingwinów i płetwonogich, które czerpią z odleglejszych rejonów i zasobów produkcji  w cieśninie Bransfielda (Rakusa-Suszczewski) i nie zapewnia  funkcjonowania tego fragmentu ekosystemu wyspy.

Polskie inicjatywy


Wartym szczególnego podkreślenia jest fakt przyznania Polsce w ramach programu BIOMASS obszaru wokół Południowych Szetlandów, o co usilnie zabiegałem, tłumacząc komplementarność tych badań morskich oceanologicznych z całorocznymi badaniami wielodyscyplinarnymi prowadzonymi na stacji im. Henryka Arctowskiego.  Ten związek i sposób realizacji narodowego programu był efektywny i efektowny, co znalazło uznanie w środowisku międzynarodowym, a było to możliwe dzięki posiadaniu statku r/v Profesor Siedlecki.


W Antarktyce cenią nas za inicjatywy -  utworzyliśmy dwie ASPA (Antarctic Special Protected Area) celem porównania wpływu  obecności człowieka na zachodnim brzegu Zatoki Admiralicji w rejonie stacji i w rejonie Lion Rump na zachodnim brzegu King George Bay, gdzie nie ma stacji, a wpływ działalności człowieka jest ograniczony.
Pozwala to ocenić zmiany, podejmować działania  zabezpieczające,  pamiętając że zawsze jesteśmy w tym obszarze Antarktyki obcymi. Przyjęty przez Układ Antarktyczny z naszej inicjatywy obszar ASMA – 1 (Antarctic Special Menage Area), obejmujący zlewnię Zatoki Admiralicji, jest wspólnie z nami zarządzany także przez  Brazylię, Ekwador, Peru i USA. Państwa te posiadają tu stacje i wspólnie ponoszą odpowiedzialność w tym obszarze, co już  znalazło swoje uzasadnienie przy tragicznym pożarze stacji Brazylii.


Znaczenie stacji  dla propagandy polskiej nauki i obecności w Antarktyce jest duże. Dwóch, trzech tysięcy ludzi wizytujących Arctowskiego w sezonie letnim - głównie  turystów i naukowców - nie ma żaden instytut w Polsce. To nie jest zagrożenie, bo ci (zwykle starzy) ludzie są zdyscyplinowani, a działanie edukacyjne jest naszym obowiązkiem. Należy pamiętać, że my (naukowcy) żyjemy z pieniędzy podatników, a ci turyści są podatnikami i chcą  zobaczyć co robimy. Również coraz więcej Polaków pojawia się w tym rejonie świata.

Jest jednak inne zagrożenie: Przy założeniu wzrostu światowego poziomu morza jako reakcji na ocieplenie, wynoszącego średnio 2,5mm/rok, w ciągu 37 lat istnienia stacji  wzrósł on o 92,5 mm. Przy tym tempie ocieplenia i przy określonych kierunkach wiatru oraz wysokim przypływie, w niedalekiej przyszłości może dochodzić do podtapiania stacji Arctowskiego, położonej bardzo blisko morza (zdarzyło się to już parokrotnie). Pociągnie to  za sobą nie tylko skutki logistyczne dla nas, lecz i odbije się na funkcjonowaniu tego ekosystemu.


Przeniesienie samodzielnego Zakładu Biologii Antarktyki PAN i stacji Arctowskiego PAN - nie posiadających  osobowości prawnej - i połączenie z Instytutem Biochemii Biofizyki PAN zostało wymuszone nową ustawą o Polskiej Akademii Nauk. Może to stać się etapem rozwoju prac badawczych i rozwiązywania  problemów dotyczących pochodzenia, pokrewieństwa  flory i fauny z  obszarami oddalonymi od Antarktydy lub w  jej granicach. Może pozwolić na rozpoznanie i wykorzystanie  organizmów antarktycznych, ich unikatowych adaptacji w biotechnologii, medycynie, farmacji. To jest trend światowy w badaniach Antarktyki.
Teraz zależy to od kierownictwa IBB PAN.  Wyczerpująca informacja dla członków Rady Naukowej IBB powinna sprzyjać większemu niż dotychczas zainteresowaniu możliwościami nowoczesnych badań na stacji Arctowskiego będącej w posiadaniu IBB PAN.

Stanisław Rakusa-Suszczewski

Od redakcji: Prof. Stanisław Rakusa-Suszczewski jest założycielem i pierwszym kierownikiem stacji Arctowskiego. Jego nazwiskiem nazwano Przylądek Rakusy oraz Zatokę Suszczewskiego na Wyspie Króla Jerzego.

 

 

Odsłony: 5265
DMC Firewall is developed by Dean Marshall Consultancy Ltd