Door klimaatverandering krijgen planten en dieren te maken met een warmere wereld en een lucht met meer kooldioxide. Een lezer vroeg zich af: hoe evolueert het leven als de hoeveelheid CO2 toeneemt? In deel 2 van een tweeluik: het landleven.
Een wereld met meer kooldioxide is niet per definitie slecht nieuws voor al het leven. Voor planten lijkt het leven juist wat gemakkelijker te worden, want zij hebben CO2 nodig om te groeien. Maar terwijl planten sneller kunnen groeien, worden veel zoogdieren en vogels bij een warmer klimaat waarschijnlijk juist kleiner.
Groeiversnelling
Als alleen de hoeveelheid CO2 zou toenemen en er verder genoeg voeding, licht en water is, gaan planten sneller groeien. Met wat zonnestralen maken planten namelijk suikers uit CO2, via fotosynthese. “Die groeiversnelling kun je meten aan een blad”, vertelt Hugo de Boer. Hij onderzoekt de effecten van moderne en prehistorische klimaatveranderingen op planten aan het Copernicus Instituut van de Universiteit Utrecht. Op dit moment bevat de lucht 417 ppm CO2 (parts per million, deeltjes per miljoen). “Als je in een proef het CO2-gehalte verdubbelt van 400 naar 800 ppm, zie je de fotosynthesesnelheid in het blad flink omhooggaan. Bij voldoende beschikbare voedingsstoffen vertaalt zich dat in extra groei en productiviteit. In de glastuinbouw verhogen ze daarom de CO2-concentratie tot wel 1000 ppm om de groei te versnellen.”
Planten groeien echter niet per definitie als kool bij meer CO2 in de lucht. Ze hebben meer nodig dan alleen kooldioxide: water en nutriënten bijvoorbeeld. De klimaatverandering die stijgende CO2-concentraties veroorzaakt, leidt tot meer weersextremen: hitte, droogte, hevige neerslag. Bij extreme hitte en droogte kunnen planten juist een watertekort krijgen en minder groeien. Daarnaast is nog onbekend wat een toename in CO2 voor gevolgen heeft voor het bodemleven en voedingsstoffen in de bodem. Ook dat kan de groei van planten beperken.
Planten kunnen wel water besparen als de hoeveelheid CO2 toeneemt. Kooldioxide komt de plant binnen via huidmondjes, speciale cellen in het blad. Overdag openen de huidmondjes zich en gaat er CO2 naar binnen, maar tegelijk verliest de plant water aan de lucht via verdamping. Is er meer CO2 buiten de plant, dan gaat het sneller naar binnen. De plant kan de huidmondjes dan minder ver openen om genoeg CO2 binnen te krijgen én verliest daarbij minder water.
Boomrevolutie
Ondanks de effecten van meer CO2 op planten, verwacht De Boer niet snel plantenevolutie. In de prehistorie lijkt juist een afname van kooldioxide in de lucht de evolutie van plantensoorten aan te jagen. Dan krijgen ze het namelijk moeilijk, en selecteert de natuur op degene die het meest efficiënt met CO2 en water kan omgaan. “Na het Krijt nam het CO2-gehalte af en kwam er een verschuiving in plantengroepen”, legt hij uit. “Planten kregen moeilijker CO2 binnen en moesten er iets op verzinnen. Er kwamen loofbomen met grote bladeren en een vertakt vatensysteem. Zo konden ze efficiënter water door het blad verspreiden dan naaldbomen en hun huidmondjes verder openhouden om genoeg CO2 op te nemen uit de lucht. Dankzij die voordelen domineren loofbomen nu onze bossen.”
Loofbomen domineren onze bossen dankzij een afname van CO2 na het Krijt (65 miljoen jaar geleden).
Dietmar Rabich, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia CommonsNu de hoeveelheid CO2 toeneemt, denkt de plantenfysioloog niet dat loofbomen het slechter gaan doen. De toename verlicht de druk op de meeste planten juist. “Ik verwacht dat planten in droge gebieden makkelijker kunnen overleven, omdat er minder water verdampt bij het binnenkrijgen van genoeg CO2.”
Als planten zouden evolueren bij een hoger CO2-gehalte in de lucht, dan is het daar nog te vroeg voor, meent De Boer. “Evolutie is een proces van tienduizenden tot miljoenen jaren; de toename is pas een eeuw gaande. Voor bomen is dat slechts één of twee generaties. Maar los van evolutie zie je wel duidelijke effecten: planten zijn heel plastisch, ze reageren tijdens hun leven reageren op veranderingen, bijvoorbeeld in hun uiterlijk of de verdeling van voedingsstoffen binnen de plant. Daarnaast schuiven soorten op in hun verspreiding.” In Nederland bloeien veel bomen en kruiden bijvoorbeeld vroeger in het voorjaar, en zijn de laatste tijd veel zuidelijke soorten uitgebreid.
Kleinere dieren
Dieren voelen niet zozeer een direct effect van meer CO2 in de lucht, maar vooral indirect via de opwarming die het gevolg is van het broeikasgas. “In fossielen van zo’n 56 miljoen jaar geleden zijn veel zoogdieren opvallend kleiner dan eerdere soorten”, zegt David Fox, paleo-ecoloog van de Amerikaanse University of Minnesota. De tijd waarover Fox spreekt, is aan het einde van het Paleoceen en begin van het Eoceen. De CO2-concentratie steeg toen plotseling en warmde de aarde vijf graden op in een paar duizend jaar. Die warmere periode duurde vervolgens tweehonderdduizend jaar en heet het Paleoceen-Eoceen thermale maximum, kortweg PETM. “Pas toen het klimaat afkoelde, kwamen er weer grotere soorten.”
Een voorbeeld is een prehistorische paardensoort uit Noord-Amerika, Sifrhippus sandrae. Aan het begin van het PETM wogen deze paardjes gemiddeld 5,5 kilogram, ongeveer zo groot als een flinke kat. Dit gewicht schatten paleontologen op basis van de fossiele kiezen van het dier: hoe groter de kies, hoe groter het dier. In de 130 duizend jaar erna kromp het dier met een derde, of ruim 1,5 kilo. Daarna koelde het klimaat af, werd het paardje driekwart groter en woog het gemiddeld 7 kilogram.
Het Bighornbekken in Wyoming (VS) heeft de meest complete reeks fossielen die de krimp en groei van dieren laten zien tijdens de klimaatverandering van 56 miljoen jaar geleden.
James St. John, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons
De Siberische tijger (foto) is bijna twee keer zo groot als de Sumatraanse tijger – een voorbeeld van de regel van Bergmann: dieren zijn over het algemeen groter in een koud klimaat.
Warmteregelaar
Dit verband tussen temperatuur en formaat heet de regel van Bergmann en geldt voor veel warmbloedige dieren: ze zijn kleiner in een warmer klimaat en groter in een koud klimaat. Hoe groter een dier wordt, hoe minder buitenkant (huidoppervlak) het heeft ten opzichte van de inhoud. Een groot dier kan de warmte daarom beter vasthouden dan een klein dier, wat handig is in een koud klimaat. In een regenwoud wil je warmte juist kwijtraken, en loont het om kleiner te zijn. Dat geldt voor dieren zowel in de oertijd als vandaag de dag, bijvoorbeeld bij tijgers: de Sumatraanse tijger in de tropen weegt rond de honderd kilo, de Siberische tijger bijna het dubbele.
De krimp van dieren tijdens het PETM kan ook komen door voedseltekort. Er zijn aanwijzingen dat de gestegen CO2-concentratie planten minder voedzaam maakte voor planteneters: bladeren bevatten waarschijnlijk minder eiwit en meer looizuren die het blad moeilijk verteerbaar maakten. Ook een veranderende begroeiing, meer droogte en meer hitte door klimaatverandering kunnen tot een voedselgebrek hebben geleid, waardoor dieren kleiner werden.
Krimp al gaande
Lopen er in de toekomst dan kleinere herten, ganzen en vossen in Nederland? Dat zou zomaar kunnen, denkt Fox. “Als de regel van Bergmann klopt, zouden we de krimp over de hele breedte moeten zien.” Sommige dieren zijn al aan het krimpen. Trekvogels in Noord-Amerika krompen in veertig jaar tijd met 2 procent, terwijl hun vleugels iets langer werden. Ook tientallen vogelsoorten in het Amazone-regenwoud zijn over eenzelfde periode kleiner geworden. De onderzoekers wijten dit aan de opwarming van het klimaat.
De heremietlijster is een van de Amerikaanse trekvogels die kleiner wordt door klimaatverandering.
Cephas, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia CommonsOf dieren en planten echt gaan evolueren, hangt af van de snelheid waarmee het klimaat verandert. “Pas als dieren niet meer mee kunnen verhuizen met hun vertrouwde klimaat, moeten ze zich aanpassen”, aldus Fox. “De CO2-concentratie tijdens PETM lag hoger, maar de toename van kooldioxide is nu tien tot honderd keer zo snel als toen. De zorg is dat die snelheid zelfs hoger is dan wat veel diersoorten kunnen bijhouden, ook als ze zich aanpassen. Dan kunnen ze uitsterven.”
Toch denkt Fox niet dat de huidige klimaatverandering voor een massa-uitsterving zorgt. “We zullen het gaan herkennen als een periode van uitsterving in het geologische archief, maar de bekende groepen grote landdieren – zoogdieren, vogels en reptielen – zullen de wereld nog steeds domineren. Ook het PETM was geen massa-uitsterving, maar wel een grote verstoring van diergemeenschappen.”