Det nya klimatets vinnare & förlorare

Vattenloppor är de där pyttesmå prickarna i sjöar och dammar som rör sig med karakteristiskt ryckiga rörelser. De för en ganska undanskymd tillvaro. Men på senare tid har de fått stor uppmärksamhet från forskarvärlden. Vattenlopporna är nämligen ett bevis för att vissa organismer har genomgått evolutionära anpassningar till den snabba förändringen av klimatet som sker nu.

Vattenloppornas ägg är mycket tåliga och om de bäddas in i bottensedimentet i en sjö eller damm kan de överleva i flera decennier. Ett europeiskt forskarteam har utnyttjat detta för att göra ett ovanligt smart klimatexperiment.

Forskarna tog upp bottensediment från en sjö i Storbritannien. Där fanns ägg från vattenloppor; de äldsta var från 1960-talet och de yngsta från 2000-talet. Forskarna lät äggen kläckas och undersökte sedan hur väl de nyfödda tidsresenärerna klarade olika temperaturer jämfört med nutida vattenloppor.

Det visade sig att vattenlopporna från 2000-talet klarade sig utmärkt i vatten som var drygt 37 grader varmt – men det gjorde inte 1960-talslopporna. Skillnaden speglar 40 år av evolutionär anpassning till ett allt varmare klimat – och framför allt till allt kraftigare värmeböljor som kan orsaka mycket höga temperaturer i dammar och grunda sjöar.

– De vattenloppor som klarar av att leta efter mat och fortplanta sig under värmeböljorna är vinnarna. De får föra sina anlag vidare, säger Aurora Geerts, ekolog vid University of Leuven i Belgien och en av forskarna bakom studien.

Den globala medeltemperaturen har ökat med närmare en grad jämfört med förindustriell tid. Men märker du någon skillnad? Antagligen inte. Många av oss tycks i praktiken betrakta klimathotet som diffust och avlägset, något som eventuellt kommer att bli aktuellt i framtiden. Men faktum är att flera av de viktigaste ekologiska processerna i ekosystemen redan har påverkats. Det visar en sammanställning gjord av ett internationellt forskarteam.

Forskarna har undersökt 90 ekologiska processer på land, i sjöar och i hav.

Drygt 80 procent av dessa har påverkats av de klimatförändringar som har ägt rum under de senaste hundra åren. Processerna omfattar både storskaliga förändringar i ekosystem och förändringar i enskilda gener. Låt oss titta på några av dem.

Appalacherna i Nordamerika är hem för ett stort släkte salamandrar som kallas Plethodon. Amerikanska forskare har studerat dessa snabbfotade varelser under lång tid och kunnat visa att de blir allt mindre ju varmare det blir. Salamandrarna krymper i värmen.

Salamandrar är kallblodiga djur. Det innebär att deras kroppstemperatur till stor del styrs av omgivningens temperatur. Kroppstemperaturen påverkar i sin tur matsmältningen – ju varmare det blir, desto snabbare blir matsmältningen. Stigande temperatur leder alltså till att salamandrarna förlorar värdefulla kalorier. Genom att bli mindre kan de klara en ökande ämnesomsättning utan att behöva äta mer. På så sätt slipper de lägga extra tid och energi på att leta efter mat, menar forskarna.

Även fiskar kan krympa av värme, delvis av samma orsak som salamandrarna. Men det finns ytterligare ett skäl till att fiskarna blir mindre: Vattnets förmåga att binda syre minskar när temperaturen stiger, och små fiskar behöver inte lika mycket syre som stora fiskar.

En grupp forskare från Belgien och Skottland har visat att hos sex av åtta undersökta fiskarter i Nordsjön har kroppsstorleken minskat i takt med de temperaturhöjningar som har ägt rum under en 40-årsperiod. Det rör sig om kommersiellt värdefulla fiskar som kolja, rödspätta och vitling. Enligt forskarnas beräkningar har denna storleksminskning medfört att avkastningen från fiskbestånden har reducerats med i genomsnitt 23 procent.

Även storvuxna däggdjur kan bli mindre när klimatet förändras. Men då handlar det inte om anpassning utan snarare om svält. Renar till exempel. På vintern äter de framför allt lavar, som de kommer åt genom att skrapa bort snön med klövarna. Men det mildare klimatet gör att vintrarna på nordliga breddgrader har blivit regnigare, vilket kan leda till att marken täcks av en isskorpa när temperaturen sedan sjunker igen. Då kommer renarna inte åt lavarna. En studie på Svalbard visar att detta har blivit ett allt vanligare problem där. Kroppsvikten hos renarna på Svalbard har minskat med i genomsnitt 12 procent sedan 1990-talet. Problemet med istäckta lavar förekommer även i Sverige.

Naturens svar på klimatförändringarna

Exempel på hur ekologiska processer och arter har påverkats av de senaste hundra årens klimatförändringar.

– När det sker kan man vidta åtgärder som stödutfodring eller att låta renarna sprida sig mer för att beta över större områden. Men det är inte alltid som man har den möjligheten, säger Anna Skarin, som är renforskare vid Sveriges lantbruksuniversitet.

I Sibirien dog 60 000 renar av svält vintern 2013/14. Även i detta fall berodde det på att regn blev till is så att maten blev oåtkomlig för renarna – och även där blir fenomenet vanligare. Det visar en ny studie av ett internationellt forskarteam, där Anna Skarin deltagit. Forskarna tror att de krympande isarna i Barents hav och i Karahavet påverkar det lokala klimatet i Sibirien, så att det blir regnigare och bildas mer is på marken under vintrarna.

I dagsläget saknas det forskning om kopplingen mellan krympande havsisar och nedisat bete i Sverige. Men dåliga betesår i Sibirien sammanfaller med dåliga betesår här, vilket talar för att det finns ett samband mellan havsisen i Bottenviken och betessituationen i Sverige, menar Anna Skarin.

– Generellt talar man om att nedisning av betet är ett ökande problem och att det inträffar tidigare på säsongen.

Isbjörnen har blivit en symbol för klimatförändringarna. Bilder på isbjörnar som flyter runt på alldeles för små isflak har använts flitigt. Det är en sann bild. Krympande istäcken är ett problem för isbjörnarna.

Ett av isbjörnens främsta byten är sälar som vilar på isen. I takt med att istäcket krymper blir det allt svårare för isbjörnen att jaga. En studie i Alaska visar att ju mer istäckena krymper, desto mindre blir isbjörnarna – och det försämrar i sin tur ungarnas överlevnadschanser.

En av de tydligaste effekterna av det varmare klimatet är att arternas utbredningsområden förskjuts i riktning mot polerna. Faktum är att det pågår något som kan liknas vid massflyttning mot jordens kallare regioner.

Ett internationellt forskarteam har sammanställt data om förändringar i utbredningen hos närmare 800 arter i Europa och USA. Materialet omfattar bland annat insekter, fiskar, fåglar och däggdjur. Under de perioder som undersökningarna pågick – i genomsnitt 25 år – så flyttade dessa arter drygt 17 kilometer närmare polerna per decennium.

Detta mönster syns tydligt även i Sverige. Rödräv, grävling och rådjur har blivit allt vanligare i fjällmiljön under de senaste hundra åren. Samtidigt har flera av våra nordliga, köldanpassade arter minskat i antal och utbredning. Några exempel är fjällräv, fjällripa och fjälluggla.

– Förr fanns det fjällugglor så långt söderut som i norra Dalarna och de häckade regelbundet i Jämtland. År 2011 häckade bara ett par där, och det var första gången på åtminstone 50 år, säger Peter Hellström, som är ekolog och fjällforskare vid Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm.

Även trädgränsen har flyttats norrut. Träden har dessutom klättrat ungefär 200 meter högre upp på fjällen sedan 1900-talets början.

– Ett exempel är Sälenfjällen, som numera är nästan helt täckta av skog och som egentligen inte kan klassas som fjäll längre, säger Peter Hellström.

Att fjällmiljön krymper är oroande. Men det är inte den förändringen som är förklaringen till de minskande bestånden av fjälldjur.

– Klimatförändringarna har sannolikt indirekta effekter på bestånden, exempelvis genom att påverka tillgången på smågnagare som är en mycket viktig födoresurs för många rovdjur i fjällen.

Den omfattande förändringen av arternas utbredningsområden får till följd att växter och djur som tidigare har varit geografiskt åtskilda plötsligt kommer i kontakt med varandra. Det skapar nya relationer mellan arter. Ett exempel från vårt land är rödrävens spridning norrut, som har medfört att den numera konkurrerar med fjällräven.

– Rödräven är större än fjällräven och jagar bort fjällrävarna från de bästa reviren och dödar även fjällrävsungar, säger Peter Hellström.

Även fiskarnas utbredning påverkas av temperaturökningarna. Ett exempel är att fiskar från tropikerna flyttar till Medelhavet och andra tempererade havsområden. Fiskarna liftar ofta med havsströmmarna, som skapar en varm och praktisk väg mellan tropiska och temperade vatten.

Växtätande fiskar från tropikerna kan gå hårt åt sjögräsängarna och de stora ”skogarna” av storvuxna alger, som ger skydd och mat åt ett stort antal fiskarter och andra marina djur i de tempererade haven. I östra Medelhavet, närmare bestämt Turkiets kustvatten, har två tropiska fiskarter av släktet Siganus (kaninfiskar) rensat enorma arealer av de en gång så frodiga bestånden av brunalger. Kaninfiskens härjningar har minskat den lokala artrikedomen av fiskar och bottenlevande djur med 40 procent. Det framgår av en studie av ett internationellt forskarteam, med den australiska marinekologen Adriana Vergés i spetsen.

– Fiskar som gör stor nytta vid korallreven genom att äta upp alger, som hotar att växa över korallreven, kan alltså göra stor skada när de kommer till tempererade områden. Där blir de ett hot mot de storvuxna algerna som är hem för många kallvattensarter, säger Adriana Vergés, som är verksam vid University of New South Wales i Australien.

I Japan har problemen med växtätande tropiska fiskar pågått i flera decennier. Kaninfiskar och papegojfiskar har ätit upp alla storvuxna brunalger, bland annat sargassotången. På de barskrapade bottnarna växer numera koraller. Det tempererade ekosystemet blir alltså alltmer likt ett tropiskt ekosystem. Processen kallas för tropikalisering.

Koraller är känsliga för temperaturhöjning. Värmeböljor kan orsaka korallblekning och massdöd (se Att rädda ett korallrev, F&F 3/2017). Värmeböljorna är vanligtvis en följd av väderfenomenet El Niño. Men de får en extra skjuts av den ökande vattentemperaturen, som i sin tur beror på utsläppen av växthusgaser.

År 1998 dog 16 procent av alla koraller i sviterna efter korallblekning. Detta är det första kända globala fallet. Sedan dess har flera katastrofala värmeböljor inträffat, med omfattande koralldöd som följd. I det perspektivet kan tropikaliseringen framstå som något positivt, att hotade koraller får en fristad i kallare vatten. Men om de samtidigt utgör ett hot mot de inhemska arterna, så blir korallerna inte bara klimatflyktingar, utan även invasiva arter i den nya miljön.

Nya möten mellan arter, som äger rum i klimatförändringarnas kölvatten, behöver inte alltid leda till ond bråd död. Arterna kan även fatta tycke för varandra och para sig. Det kallas hybridisering.

Ett sådant exempel finns i Nordamerika, där två arter av flygekorrar lever. Den sydliga arten har spridit sig norrut, där den numera parar sig med den nordliga arten. Forskarna tror att detta beror på att det råder brist på artegna partner, både bland de sydindivider som ligger i täten för spridningen norrut och bland de nordindivider som lever längst söderut. Där utbredningsområdena överlappar varandra sker då parning över artgränserna enligt principen ”fel” partner är bättre än ingen partner alls.

I Sverige förekommer hybridisering mellan skogshare och fälthare – en art som infördes i vårt land i slutet av 1800-talet. Fältharen är en sydlig art i vårt land, men har på senare tid expanderat allt längre norrut. Forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet har gjort genetiska analyser av fältharar från de nordligaste delarna av artens utbredningsområde. Dessa visar att 75 procent av de undersökta fälthararna hade dna från skogshare i sin arvsmassa.

Det är framför allt hannar av fälthare och honor av skogshare som parar sig med varandra. Parning i den andra riktningen tycks vara ovanlig. Det skulle kunna bero på att fältharen är större än skogsharen, vars honor generellt är attraherade av stora hannar. Dessutom är fältharens hannar inte särskilt nogräknade vid valet av partner.

Det har föreslagits att hybridiseringen skulle kunna utgöra ett hot mot skogsharens fortlevnad, vars bestånd generellt verkar minska, åtminstone i landets södra delar. Men Gunnar Jansson, viltforskare vid Sveriges lantbruksuniversitet och en av dem som har arbetat med de genetiska analyserna av hararna, menar att skogsharens verkliga problem är de milda och snöfria vintrarna.

Skogsharen blir till skillnad från fältharen vit under vintern. När det är barmark under vintern är detta en uppenbar nackdel, eftersom skogsharen då blir lätt att upptäcka för rovdjur.

– Över lag missgynnar nog de mildare vintrarna skogsharen, men gynnar fältharen som då kan hitta föda, vilket den till skillnad från skogsharen har svårt med när det är djup snö eller hård skare, säger Gunnar Jansson.

Redan i mars kommer de första flyttfåglarna till vårt land. Fågelflyttningen och vårblomningen är exempel på de regelbundna och årstidsanpassade mönster i naturen som kallas fenologi. Djurens och växternas fenologi påverkas av att klimatet blir varmare.

Många insektsätande flyttfåglar matar sina ungar med larver. Fåglarna måste därför nå häckningsplatserna vid en tidpunkt som garanterar att äggen kläcks samtidigt som tillgången på larver är som störst. Larverna utvecklas snabbare med ökande temperaturer. Klimatförändringarna borde därför leda till att flyttfåglarna anländer tidigare på våren.

År 1873 började Sveriges meteorologiska centralanstalt – SMHI:s föregångare – göra systematiska fenologiska undersökningar i vårt land. Efter ungefär 40 år tycks dock luften ha gått ur projektet, för då minskade antalet inrapporterade observationer rejält. Men svenska forskare har ändå kunnat sammanställa data om fjorton arter av flyttfåglar under denna period. Dessa flyttmönster har sedan jämförts med färskare observationer, från perioden 1984–2013.

Samtliga fjorton arter kommer tidigare på våren än de gjorde vid förra sekelskiftet. Men avståndet till vinterområdena har betydelse. Fåglar som tillbringar vintern söder om Sahara – långflyttare – häckar visserligen tidigare på våren, men inte alls i samma utsträckning som ”kortflyttarna”, det vill säga de fåglar som flyttar söderut men som i de flesta fall blir kvar i Europa under vintern. Det kan bero på att det är lättare för kortflyttarna att avgöra när det är dags att börja flyga norrut.

– Kortflyttarna kan antagligen utgå från vissa ledtrådar i vinterområdena när de bedömer hur vårvädret utvecklas i Sverige. Men långflyttarna, som befinner sig i Afrika, har ju ingen aning om hur långt våren har kommit i Sverige, säger Cecilia Kullberg, som är etolog och docent vid Zoologiska institutionen på Stockholms universitet och en av forskarna bakom studien.

Kortflyttare kan också anpassa flyttsträckorna till klimatförändringarna: ju varmare klimat, desto kortare flytt söderut på hösten.

– Långflyttarna har nog inte den flexibiliteten. De måste ju ta sig förbi påtagliga fysiska hinder under flytten, exempelvis Sahara.

Om flyttfåglar inte klarar av att anpassa sig till de allt tidigare vårarna, kan de alltså missa den optimala häckningsperioden, den period då tillgången på mat i form av larver är som störst.

– Det finns studier som indikerar att detta medför att deras bestånd minskar. Men det behövs mer forskning på det här området, säger Cecilia Kullberg.

Kjell Bolmgren är växtekolog vid Sveriges lantbruksuniversitet. Han är också samordnare för Svenska fenologinätverket, som är ett samarbete mellan universitetet, myndigheter och allmänhet som bidrar med fenologiska observationer. Det finns vissa trender i det insamlade materialet, berättar han:

– Vårblommor, i det här fallet tussilago, vitsippa, sälg och hägg, har under de senaste fem sex åren börjat blomma en och en halv till två veckor tidigare än för hundra år sedan, och växtsäsongen har förlängts med en dryg vecka under samma period.

En annan förändring är att de allra tidigaste vårtecknen, exempelvis tussilagons ankomstdatum, har förändrats mer än de senare vårtecknen, som lövsprickningen.

– Vi tror att det beror på att tidiga arter har utvecklats till att bli snabbare ur startblocken. De reagerar kraftigt på förhållandevis små temperaturförändringar jämfört med försommarens arter.

I de flesta ekosystem är fotosyntesen själva förutsättningen för liv.

Eftersom fotosyntesen, lite förenklat, innebär att koldioxid och vatten omvandlas till socker med hjälp av solljus, så borde den i teorin gynnas när vår förbränning av fossila bränslen leder till att mängden koldioxid ökar i atmosfären. Men forskningsresultaten är långt ifrån entydiga.

Ett exempel på det är vad som har hänt med mängden växtplankton, som står för fotosyntesen i haven. Kanadensiska forskare har sammanställt data sedan 1900-talets början och kunnat visa att i åtta av tio hav har mängden växtplankton i genomsnitt minskat med en procent per år sedan förra sekelskiftet. Enligt forskarna beror det på att temperaturen i ytvattnen har ökat under samma period. Det medför att omblandningen i haven minskar, så att näringstillgången för växtplanktonet – som finns i ytvattenzonen – försämras.

I Södra ishavet har klimatförändringarna påverkat produktiviteten på ett ännu mer oväntat sätt, enligt en amerikansk studie. I den norra delen av Antarktiska halvöns kustvatten har mängden växtplankton minskat med drygt 80 procent under de senaste 30 åren. Det har blivit molnigare och blåsigare på grund av klimatförändringarna, vilket försämrar växtplanktonets tillväxt.

Den minskade tillgången på växtplankton påverkar sedan hela näringskedjan. Krill är små kräftdjur som äter plankton. När tillgången på växtplankton minskar så minskar mängden krill. Det medför i sin tur att bestånden av antarktisk isfisk och adéliepingviner minskar, eftersom dessa arter äter krill.

I den södra delen av Antarktiska halvöns kustvatten har mängden växtplankton i stället ökat med över 60 procent. Det beror på att istäckets utbredning har minskat, så att växtplanktonet fått fler soltimmar, vilket gynnar fotosyntesen och därmed tillväxten.

Mer plankton betyder mer krill, och detta har gynnat bland annat prickfiskar, åsnepingviner och hakremspingviner i de sydliga vattnen.

– En förändring i mängden växtplankton blir som ringar på vattnet, det påverkar hela näringsväven. Vissa arter blir vinnare och andra blir förlorare, säger Oscar Schofield, professor i biologisk oceanografi vid Rutgers university i USA, som är en av forskarna bakom studien.

Tanganyikasjön i Afrika har blivit 0,1 grad varmare per decennium under de senaste 80 åren. Det visar en studie av forskare från Belgien och USA. Under samma period har produktionen av växtplankton i sjön minskat med ungefär 20 procent.

Temperaturökningen har påverkat det lokala klimatet. Det blåser mindre och sjövattnet blir då mer stillastående. Detta leder till att viktiga näringsämnen sjunker mot botten, utom räckhåll för ytvattnets växtplankton – med minskad planktonproduktion som följd.

Tanganyikasjöns fiskbestånd är en av de viktigaste proteinkällorna för befolkningen i de omgivande länderna. Men fiskfångsterna har minskat kraftigt i modern tid. Forskarna bakom studien menar att den främsta förklaringen är den minskade mängden växtplankton.

Ett varmare klimat – i kombination med ökade koldioxidnivåer – skapar förutsättningar för en kraftig tillväxt hos jordens landväxter, åtminstone i områden där vattentillgången är god. Enligt en amerikansk studie ökade landväxternas primärproduktion med 6 procent under perioden 1982–99. Klimatförändringarna har gynnat vegetationen i främst Nordamerika och Västeuropa samt i tropikerna.

Ungefär 15 procent av jordens totala fotosyntes sker i Amazonas regnskogar. Här finns 25 procent av alla växtarter, så det är inte konstigt att forskarna har ägnat mycket tid åt att undersöka hur klimatförändringarna påverkar Amazonas ekosystem. Men här är forskningresultaten långt ifrån entydiga.

Det finns studier som visar att Amazonas produktivitet har ökat och att detta beror på minskad molnighet, vilket i sin tur beror på ett varmare klimat. Samtidigt visar satellitbilder att både Amazonas och Kongos regnskogar har drabbats av allt kraftigare torrperioder med minskad produktivitet som följd. Det beror sannolikt på både ökande temperaturer och på det naturliga väderfenomenet El Niño.

När det gäller de svenska skogarna visar matematiska modeller att de pågående klimatförändringarna kommer att leda till en ökad tillväxt i framtiden. Och det är rimligt att anta att de klimatförändringar som redan har ägt rum – under de senaste hundra åren – har snabbat på skogarnas tillväxt. Men även här är forskningsläget oklart. Ungefär halva Sverige består av skog, fast nästan hela den ytan har avverkats vid något tillfälle under de senaste hundra åren – och vid återplanteringen är målsättningen vanligtvis att åstadkomma en så snabb tillväxt som möjligt.

– Vi har förändrat skogen i så stor uträckning att det är nästan omöjligt att studera effekterna av klimatförändringarna. I stora delar av landet har vi dessutom en gödslingseffekt i form av kvävenedfall som också påverkar tillväxten, säger Ola Langvall, som är försöksledare vid Enheten för skoglig fältforskning på Sveriges lantbruksuniversitet.

Enligt Förenta nationernas klimatpanel, IPCC, är det ”extremt sannolikt” (sannolikheten är 95 procent) att våra utsläpp av växthusgaser är huvudorsaken till de temperaturökningar som har skett sedan 1950-talet. Vi är alltså medskyldiga till att viktiga ekologiska processer har påverkats på de sätt som beskrivs här. Enligt IPCC:s klimatscenarier för detta århundrade kan vi förvänta oss ytterligare temperaturökningar och ytterligare stigande koldioxidnivåer. De effekter som vi ser redan i dag ger en fingervisning om vad som kommer att hända i framtiden.