Ekosystémy

*Na ostrově Madagaskar žije druh můry, která pije slzy z očí spících ptáků. Když jsem to slyšel poprvé, seděl jsem s tou divnou představou: existuje můra, která získává většinu živin potřebných k přežití pitím ptačích slz! Vítejte v biosféře - sféře života, která se rozprostírá od hlubin oceánu až do výšky 8 kilometrů nad Zemí. Žije zde spousta neuvěřitelných věcí, takže jako geografové samozřejmě chceme vědět, proč se banány, bakterie a můry pijící slzy objevují v některých oblastech, ale v jiných ne. A abychom to mohli udělat, musíme se trochu přiblížit. Třeba taková můra získává živiny od ptáků, zatímco ptáci jsou závislí na semenech a bobulích okolních rostlin, které rostou s pomocí Slunce. Takže můra, ptáci, rostliny a Slunce jsou součástí ekosystému - společenství živých organismů v určité oblasti, které se vzájemně ovlivňují se svým okolím. Ekosystémy jsou založeny na vztazích - dokonce i na podivných vztazích, které zahrnují krádeže. A právě vztah mezi množstvím energie, kterou dané místo přijímá, a pohybem živin umožňuje neuvěřitelnou rozmanitost života. Jmenuji se Alizé Carrère a hovořím s vámi v pořadu Crash Course Geography.*

Biosféra je složitá síť vzájemně propojených ekosystémů. A všechny ekosystémy závisí na dvou klíčových věcech: jednosměrném pohybu energie a cyklickém pohybu živin. Energetické toky jsou cesty, kterými může energie procházet ekosystémem. Energie obvykle vstupuje do ekosystémů ze Slunce, ale nevrací se zpět ke Slunci - energetické toky jsou tedy jednosměrné. Rostliny absorbují sluneční energii během fotosyntézy, přidávají oxid uhličitý a vodu, aby vytvořily sacharidy a zvětšily se. Sluneční energie se tedy mění na chemickou energii, která se ukládá v biomase - v jakékoli rostlině nebo jiném živém organismu. Pokud je kousek biomasy sežrán, předá svou chemickou energii dál a pokračuje tak v toku energie. Rychlost, jakou fotosyntéza vytváří energii v celém ekosystému, snížená o rychlost, jakou se tato energie spotřebovává, je jeho čistá primární produkce - neboli množství uložené chemické energie v ekosystému za určitou dobu. V opravdu malém měřítku si například představte ekosystém akvária, které můžete držet v rukou.

Ve skleněné misce je voda, ryba, půda, kameny, vzduch, světlo, potrava a jedna malá rostlina. V tomto ekosystému akvária je čistá primární produkce docela nízká, protože jen ta jedna malá rostlinka absorbuje energii ze Slunce (spolu s fotosyntetickými bakteriemi nebo řasami, které vyrostou, když zapomenu vyčistit misku). Celosvětově se čistá primární produkce na souši obecně mění se zeměpisnou šířkou. Produktivita je nejvyšší mezi tropy a klesá směrem k vyšším zeměpisným šířkám a nadmořským výškám. Biogeografové a ekologové, kteří studují, jak je na Zemi rozložen život, pravděpodobně usoudili, že nazývat oblasti světa "velmi produktivním ekosystémem" nebo "extrémně neproduktivním ekosystémem" by bylo nudné. Místo toho ekosystémy dělíme na biomy neboli stanoviště s podobnými charakteristikami, včetně produktivity! Tyto názvy jsou mnohem popisnější a zábavnější. Na rovník dopadá nejvíce přímého slunečního světla a je zde hodně srážek, takže zde probíhá hodně fotosyntézy. Všechny tyto vysoce produktivní ekosystémy jsou biomy tropických deštných lesů, které patří k nejrozmanitějším a nejsložitějším oblastem planety - není tedy divu, že zde žije můra slzovka.

Podobné zákonitosti se odehrávají na obou stranách rovníku, ale my se obrátíme na sever, protože na severní polokouli je více pevniny. S tím, jak se vzdalujeme od rovníku, je také stále méně srážek a stále menší produktivita, protože fotosyntéza nemůže probíhat bez vody. Biomy se postupně mění z tropických deštných lesů na tropické savany a pouště. Dále na sever, v mírných a vysokých zeměpisných šířkách, se čistá primární produkce mění podle ročních období. Stejně jako jeden biom jsou listnaté lesy s duby, buky, habry, javory, jilmy a kaštany. Tyto stromy mají zvýšenou produktivitu na slunečném jaře a v létě a shazují listy v chladnějším podzimním a zimním období. Nahoře uprostřed kontinentů se nacházejí travnaté biomy mírného pásma s bohatými půdami, které produkují vysokou trávu prérií a krátkou trávu stepního klimatu. Dále na sever, kde jsou chudší půdy a chladnější podnebí, se setkáváme s biomy boreálních lesů, v nichž rostou především stálezelené borovice, smrky, jedle a modříny. V ještě vyšších zeměpisných šířkách nám klesající teploty dávají biom ledové tundry bez stromů a s velmi malou produktivitou. Množství toku energie v různých ekosystémech se tedy velmi liší, což omezuje, jakému typu rostlin se v nich může dařit. A protože rostliny živí více konzumentů než jakýkoli jiný zdroj potravy, znamená více rostlin větší biologickou rozmanitost neboli počet různých rostlin a živočichů v ekosystému. A nemůžeme mluvit o biologické rozmanitosti bez další klíčové složky všech ekosystémů: živin.

Živiny jsou chemické prvky, jako je uhlík, kyslík, dusík, síra a fosfor, které jsou uloženy v živých i neživých částech ekosystému. I pro ně máme odborné termíny. Živé věci, jako jsou rostliny a živočichové a bakterie (nebo jejich mrtvá těla), jsou biotické části ekosystému. A neživé věci, jako je půda, atmosféra a podzemní voda, jsou abiotické části. Na rozdíl od toho, jak energie proudí jedním směrem, jsou cesty, kterými živiny procházejí ekosystémem, koloběhem živin mezi biotickými a abiotickými částmi. A na rozdíl od energie ze Slunce jsou všechny živiny, které máme právě teď na Zemi, všechny, které kdy budeme mít. Je to podobné, jako když se dusík přesouvá z plynné fáze v atmosféře do pevné fáze v půdě. [Namísto jednosměrného systému, jako když... mimozemšťané shazují z vesmíru dárkově zabalené krabice s dusíkem... nebo o tom alespoň nevíme]. Biotické části ekosystémů skutečně pomáhají usnadňovat tyto koloběhy živin. Podívejme se znovu na ekosystém našeho akvária! Producenti, jako je naše malá rostlinka, zachycují živiny z abiotických částí, fotosyntézou přeměňují oxid uhličitý na sacharidy nebo kořeny absorbují sloučeniny dusíku.

Konzumenti, jako jsou rybičky, přijímají živiny z jiných organismů, chroupají rybí potravu nebo listy rostliny. A rozkladači rozkládají odumřelé listy rostlin... nebo nakonec naše ryby... a vracejí živiny, jako je plynný dusík, do abiotických částí nádrže. V konečném důsledku koloběh živin v ekosystémech závisí na biologických, geologických a chemických procesech probíhajících v atmosféře, hydrosféře a litosféře a tvoří biogeochemické cykly Země. Živiny můžeme porovnávat napříč biosférou Země, stejně jako jsme porovnávali čistou primární produkci v různých zeměpisných šířkách a biomech. Stejně jako se podívejme na tři biomy, se kterými jsme se již setkali: tropický deštný les, listnatý les a boreální lesy. Víme, že s rostoucí zeměpisnou šířkou je produktivita stále menší a menší, takže je zde stále méně biomasy a také stále méně živin. Méně živin však nemusí nutně znamenat pro stromy rozsudek smrti. Znamená to jen, že ekosystém má jinou strukturu. Například boreální lesy mají spoustu živinami naplněného steliva, protože chlad brání materiálu v rozkladu. Ale listnaté lesy mají hodně půdy plné živin, protože je v nich dost tepla na to, aby se materiál rozkládal, ale ne dost tepla na to, aby v nich rostlo hodně biomasy. Takže strom, který se přizpůsobil životu v chladném boreálním lese, se nemusí prosadit v tropickém deštném lese kvůli rozdílné dostupnosti energie a zásob živin. Vezměme si tropické deštné lesy, které jsou nejrozmanitějšími biomy s bujnou vegetací a velkou biologickou rozmanitostí. Tato dekadence však skrývá křehkou rovnováhu všech složitých energetických toků a koloběhů živin.

V tropických deštných lesích tvoří koruny listnatých stálezelených stromů v různých výškách a na stinnou lesní půdu dopadá jen málo slunečního světla nebo vůbec žádné. Tyto obrovské stromy pohlcují většinu půdních živin, takže pro ostatní organismy jich mnoho nezbývá. Navíc mají mělký kořenový systém, který jim umožňuje zachytit co nejvíce minerálních látek z biogeochemických procesů probíhajících blízko povrchu. A jak velké množství deště proniká do půdy, minerály, které se rozpouštějí ve vodě, se vyluhují do nepřístupných hlubších vrstev. Aby deštný prales přežil, musí v něm rychle kolovat živiny. Stromy v korunách stromů jsou producenty, spolu s podrostovými rostlinami, které spolupracují na udržování pohybu životně důležitých živin v ekosystému. Býložravci, jako jsou gorily a housenky, tyto živiny přijímají a přemisťují je svými výkaly a tím, že jsou sami sežráni, například jaguáry nebo gekony. Teplo a vlhkost pomáhají rozkladačům a jejich chemickým reakcím, takže odumřelé rostliny nebo zvířata se rychle rozkládají. Protože živiny jsou z půdy vysávány tak rychle, když jsou tyto obrovské stromy pokáceny, energetické toky a koloběh živin se přeruší. Tito velcí producenti nejsou schopni uživit konzumenty ani shazovat listí, aby recyklovali živiny. Odlesňování, tedy odstraňování stromů za účelem využití půdy pro něco jiného, může být tedy obzvláště destruktivní v tropických oblastech, pokud nebereme v úvahu biogeochemické cykly.

Se slovem "odlesňování" máme negativní asociace z dobrého důvodu - velké množství odstraňovaných stromů způsobilo ekosystémům obrovské škody. Domorodé komunity však přišly na typ kalkulovaného kácení, který jim umožňuje pracovat s rychlou recyklací živin v biomech tropických deštných pralesů. V částech Asie, Afriky a Jižní Ameriky s hustými tropickými lesy se mnoho zemědělců musí spoléhat na druh samozásobitelského zemědělství, což znamená, že vypěstují pouze tolik potravin, kolik stačí pro jejich rodiny. V jihovýchodní Asii se pěstují základní potraviny, jako je rýže, v Jižní Americe kukuřice a maniok a v Africe čirok. Jako doplněk k základním plodinám a jako palivo a krmivo pro zvířata se pěstují také batáty, cukrová třtina, plantejny a zelenina. Tato praxe má mnoho názvů, například swidden, shifting cultivation nebo slash-and-burn agriculture. Zemědělci začínají tím, že malé plochy tropických lesů vykácejí na lomenici neboli posečenou vegetaci, která se pak suší a pálí. Popel se smísí s chudou půdou, aby dodal potřebné minerály a živiny - v podstatě se využijí všechny dobré látky uložené v biomase vegetace, aby pomohly novým plodinám růst. Tyto rostliny samozřejmě při svém růstu využívají minerály a živiny z půdy a my je jíme, abychom tyto minerály a živiny dostali do svého těla. Takže po několika letech, než se půda zcela vyčerpá, se zemědělci přesunou na jinou část půdy a proces mýcení, vypalování a sázení opakují. Předchozí pozemek je ponechán bez výsadby a nakonec se les přirozeně rozšíří a začne tuto půdu využívat v rámci pečlivě vyváženého koloběhu živin. Toto střídání půdy je klíčovou součástí toho, proč lidé dokázali takto hospodařit po tisíce let.

Když však dojde k rozsáhlému kácení, ekosystémy se mohou zhroutit. Tuto destrukci jsme viděli například v Amazonii, když se komerčně pěstovala rýže, sója a kukuřice a prodávala se na domácím i mezinárodním trhu. Půda je po 3 až 5 letech vyčerpaná, takže plodiny již nemohou skutečně růst, a pak se do ní nastěhují velké chovy dobytka. Jak se dobytek krmí a šlape po půdě, je půda vystavena velkému množství UV záření ze slunečních paprsků a také cyklům zvlhčování a vysychání ze srážek. Z půdy se stává cihlovitá hmota zvaná laterit, která není vhodná pro pěstování... takže kdysi živý deštný prales se v podstatě stává tvrdým, neúrodným a bez života. Tropické deštné pralesy pokrývají 6 % zemské souše, ale vyskytuje se v nich 50 % světových druhů, z nichž mnohé nebyly vědecky popsány a mají zásadní význam pro světovou biologickou rozmanitost. Od 80. let 20. století však byla 1/5 Amazonie odlesněna, protože stavíme další města, silnice, přehrady, farmy a doly. Na druhé straně Atlantiku ohrožuje odlesňování Ituri v Konžské pánvi, druhé největší oblasti rovníkového deštného pralesa na světě, gorily horské. A v jihovýchodní Asii ohrožuje kácení kvůli plantážím palmového oleje orangutany, tygry sumaterské a slony sumaterské. Když člověk narušuje biosféru, mění toky energie a koloběh živin, což může nečekaným způsobem narušit celé ekosystémy. A pokud si nedáme pozor, může se stát, že můra, která pije slzy spících ptáků - nebo spousta dalších pozoruhodných živých organismů - už nebude existovat.

Ale stejně jako můžeme být dobrými správci našeho malého akvária, můžeme se starat o svět kolem nás a o mnohem větší ekosystémy, jichž jsme součástí. Dobrým prvním krokem je dozvědět se, odkud naše potraviny pocházejí a jak se vyrábějí, například tím, že budeme podporovat zemědělce, kteří se snaží pěstovat potraviny udržitelným způsobem. A budeme pokračovat v rozhovorech o naší roli v ekosystémech, energii a potravinách a o tom, jak nám geografie a prostorové myšlení mohou pomoci řešit některé kritické problémy, kterým čelíme, například jak můžeme mít dostatek potravin a vody, abychom udrželi sebe i své životní prostředí.