Różnorodność biologiczna szybko maleje, a środki jej ochrony pozostają w tyle za celami. Tylko jedno może pomóc: wykorzystanie ograniczonych zasobów tak wydajnie, jak to możliwe, tam, gdzie są najskuteczniejsze. Projekt badawczy „Lanat-3” kładzie podwaliny pod to za pomocą najnowszych danych i modeli wspieranych przez sztuczną inteligencję.
Różnorodność biologiczna maleje w tempie niespotykanym dotychczas, zarówno na świecie, jak i w Szwajcarii. Dotyczy to w szczególności roślin i zwierząt żyjących w zbiornikach wodnych i wokół nich. W Szwajcarii 65 procent rodzimych gatunków ryb jest zagrożonych lub potencjalnie zagrożonych; około 20 gatunków wyginęło już w ciągu ostatnich 100 lat. Spośród tych wymarłych gatunków 14 znaleziono tylko w Szwajcarii, a obecnie zniknęło na całym świecie. Ponadto 62 procent owadów wodnych i ponad połowa gatunków roślin związanych ze zbiornikami wodnymi jest zagrożona lub już wyginęła.
Istnieje wiele przyczyn spadku liczebności gatunków. Obejmują one spiętrzanie zbiorników wodnych w celu ochrony przed powodzią i wykorzystywanie energii wodnej, a także pogarszanie jakości wody przez substancje odżywcze i zanieczyszczenia, a także zmiany klimatyczne. Szwajcaria określiła cele i środki w różnych strategiach i ustawach, aby powstrzymać spadek liczebności gatunków – przede wszystkim w Strategii na rzecz różnorodności biologicznej i powiązanym planie działania, a także w ustawie o ochronie wód. Jednak wdrażanie środków opóźnia się w stosunku do celów, częściowo z powodu niedoboru środków finansowych, sprzecznych celów i niekompletności danych na temat różnorodności biologicznej i jej wymagań. Tym ważniejsze jest, aby środki, które można wdrożyć w celu ochrony i promowania różnorodności biologicznej, były jak najskuteczniejsze.
Identyfikacja regionów, w których najbardziej potrzebne są działania
To punkt wyjścia dla projektu badawczego „Lanat-3”, który jest finansowany przez Wyss Academy for Nature, kanton Berno i FoeN i kierowany przez naukowców z Uniwersytetu w Bernie, Szwajcarskiego Centrum Kompetencji Rybołówstwa i instytutu badań wodnych Eawag. Celem projektu jest zidentyfikowanie regionów, w których potrzeba działań na rzecz ochrony bioróżnorodności wodnej jest największa, oraz zaplanowanie tam środków ochrony i wsparcia w najlepszy możliwy i najbardziej ukierunkowany sposób. Naukowcy skupiają się na rybach i owadach wodnych, a początkowo na obszarach zlewni Aare i Renu.
W pierwszym kroku zarejestrowali i zmodelowali, gdzie i jakie gatunki ryb i owadów wodnych występują w zlewni. Opiera się to na badaniach występowania gatunków. Z miejsc, w których występują, można wywnioskować, jakich czynników środowiskowych potrzebuje dany gatunek, aby miejsce było dla niego odpowiednie. Na przykład, wiemy z połowów, że ryba Schneidera (lub spirlina) preferuje szybko płynące, bogate w tlen rzeki i spędza czas na obszarach wolnych od przeszkód. Wiedzę tę można następnie wykorzystać do ekstrapolacji występowania ryby Schneidera na miejsca, w których nie przeprowadzono jeszcze żadnych badań gatunków. Opiera się to na mapach czynników środowiskowych na całym obszarze zlewni rzek Aare i Renu – w tym temperatury, natężenia przepływu i stopnia urbanizacji.
W ten sposób zidentyfikowano odpowiednie lokalizacje w obszarze zlewni dla około 50 gatunków owadów wodnych i 40 gatunków ryb. Poniższe mapy pokazują, że różnorodność owadów wodnych jest zwykle największa w mniejszych rzekach i na większych wysokościach, podczas gdy jeziora, większe rzeki i ich niezakłócone dopływy na niskich i średnich wysokościach są domem dla większości gatunków ryb.
Które czynniki środowiskowe mają największy wpływ na występowanie gatunków?
Jednocześnie dane te można również wykorzystać do określenia, które czynniki środowiskowe mają największy pozytywny lub negatywny wpływ na występowanie danego gatunku. W tym celu naukowcy wykorzystali modele oparte na sztucznej inteligencji (AI), aby symulować, jak wyglądałoby rozmieszczenie gatunków bez wpływu człowieka – tj. w naturalnych rzekach ze środowiskiem wolnym od działalności człowieka. Umożliwia to zobaczenie, gdzie różnica między rzeczywistym a teoretycznie oczekiwanym występowaniem gatunku jest największa i które czynniki są decydujące dla tej różnicy.
W pierwszej części projektu, która została uruchomiona w 2020 r., badacze skupili się na regionie Dolnej Rzeki Emme, który rozciąga się od Burgdorf (kanton Berno) do Zuchwil (kanton Solura). Poniższy rysunek przedstawia wyniki symulacji dla jednego z analizowanych gatunków ryb, Schneidera. Brak ciągłości rzeki z powodu przeszkód („łączności”) ma szczególnie negatywny wpływ na występowanie tego gatunku ryb. Z drugiej strony natężenie przepływu jest dobrze dostosowane do Schneidera, przynajmniej wzdłuż głównych osi systemu wodnego Dolnej Rzeki Emme, ale mniej w dopływach do rzeki Emme. Temperatura wody, kolejny analizowany czynnik, mieści się w dobrym zakresie dla Schneidera, podczas gdy morfologia rzeki ma niewielki wpływ na jego występowanie.
To samo można ustalić nie tylko dla schneidera, ale dla całej społeczności gatunków w regionie. Reakcje różnych gatunków na czynniki środowiskowe mogą się znacznie różnić. W ten sposób kantony i gminy mogą planować i wdrażać środki dokładnie tam, gdzie przyczyniają się one najbardziej do ochrony i promowania różnorodności biologicznej.
Rozszerzenie na inne gatunki w drugiej fazie projektu
W drugiej fazie projektu, która właśnie się rozpoczęła, naukowcy chcieliby uwzględnić w swoich modelach jeszcze więcej gatunków, aby jeszcze bardziej zwiększyć ich ważność, a przede wszystkim móc chronić wszystkie gatunki. „Aby to zrobić, chcemy szczegółowo zbadać grupy gatunków, które jeszcze nie zostały zróżnicowane, i zbadać je na miejscu w zbiornikach wodnych, aby zrozumieć potrzeby tych gatunków” — wyjaśnia Dario Josi, współkierownik projektu badawczego w Eawag i na Uniwersytecie w Bernie. Chcą również uwzględnić wpływ zmian klimatycznych i określić, w których regionach w zlewni rzeki Aare-Ren należy się spodziewać największej utraty gatunków, a które regiony staną się w związku z tym ważniejszymi schronieniami dla bioróżnorodności.
Dwa takie regiony, w których istnieje duże zapotrzebowanie na działania, zostaną wkrótce wybrane jako regiony pilotażowe, w których wyniki projektu badawczego powinny pomóc kantonom ustalić najlepsze możliwe priorytety podczas planowania działań rewitalizacyjnych. Jednak projekt ma na celu pójście o krok dalej i wsparcie regionów pilotażowych w jak najlepszym wdrażaniu projektów rewitalizacyjnych. W tym celu badacze ustalą, które grupy interesariuszy muszą zostać zaangażowane i spróbują zoptymalizować wymianę informacji i współpracę między nimi. W ten sposób projekt badawczy powinien pomóc przeciwdziałać spadkowi gatunków tam, gdzie będzie miał największy wpływ, a także zainicjować niezbędne środki tak szybko i sprawnie, jak to możliwe. Ostatecznie celem jest przetestowanie przepływu pracy, który zostanie udostępniony planistom rewitalizacji kantonów pod koniec projektu.
Aeschlimann, A., Fehle, P., Neuhaus, M., Ingold, K., Fischer, M., Zinn, N., Wegscheider, B., Waldock, C., Calegari, BB, Josi, D., Seehausen , O. (2024). Powstrzymanie utraty różnorodności biologicznej w wodzie – pomimo zmian klimatycznych. Raport okresowy Faza I (2020–2023): Projekt LANAT-3, Wyss Academy for Nature Hub Bern.
Waldock, C., Wegscheider, B., Calegari, BB, Josi, D., Brodersen, J., Jardin de Queiroz, L., Seehausen, O. (2024). Dystrybucje cieni: dekonstrukcja geografii wpływu człowieka na naturalne rozmieszczenie gatunków. DOI Preprint https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3738567/v1
Wegscheider, B., Waldock, C., Calegari, BB, Josi, D., Brodersen, J., Seehausen, O. (2024). Zaniedbywanie bazowych linii bioróżnorodności w kontekście przywracania łączności rzek wpływa na ustalanie priorytetów. DOI Preprint http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4805463
