Przeciętny człowiek w dobrym stanie zdrowia może wstrzymać oddech na około dwie minuty. Osoby o wybitnych predyspozycjach fizycznych mogą wytrzymać pod wodą bez oddychania nawet kilkanaście minut, nie tracąc przy tym świadomości (tzw. wodni nomadzi – członkowie ludu Baju z Indonezji).
Światowy rekord w nurkowaniu na bezdechu należy do Budimira Šobata, który wstrzymał oddech na 24 minuty i 37 sekund. Warto jednak oddychać, i to świadomie ‒ głęboko, pełną piersią.
Pomost między człowiekiem a naturą
Życie w zatłoczonych miastach, w otoczeniu betonowych budynków, samochodów i wszechobecnej technologii, sprawia, że relacja człowieka z przyrodą staje się coraz bardziej niewidoczna. Ale to oddzielenie jest tak naprawdę iluzoryczne. Istnieje głęboka, fundamentalna więź między nami a resztą świata ożywionego – to tak mocne połączenie, że nie sposób go rozerwać. Jednym z najważniejszych ogniw spajających nas z naturą jest oddech.
Największym sprzymierzeńcem strzegącym tej odwiecznej więzi są rośliny. Żeby zrozumieć, jak ściśle jesteśmy z nimi związani, musimy wrócić do podstawowego procesu fizjologicznego – oddychania. To nie tylko mechaniczna wymiana gazów między naszym organizmem a środowiskiem, ale także element, który wplata nasze istnienie w wielką sieć życia na Ziemi. Z czysto chemicznego punktu widzenia każdy oddech służy dostarczeniu tlenu i wydaleniu dwutlenku węgla (oraz mieszaniny innych gazów towarzyszących), co tworzy zamknięty cykl, który jest nierozerwalnie związany z fotosyntezą. Podczas fotosyntezy organizmy uzbrojone w chlorofil wykorzystują energię słoneczną do przekształcania dwutlenku węgla i wody w glukozę. Glukoza jest wykorzystywana jako paliwo do wzrostu i rozwoju, a tlen – jako produkt uboczny – zostaje uwolniony do atmosfery. Innymi słowy: dzięki roślinom otrzymujemy tlen, który pozwala kontynuować nasze procesy życiowe. Koło się zamyka. Rośliny absorbują również dwutlenek węgla, zmniejszając jego stężenie w atmosferze, co też jest niezbędne do utrzymania ciągłości życia. To swoiste współuzależnienie ukazuje, jak głęboko zakorzeniona jest nasza relacja z naturą, a każdy oddech stanowi świadectwo tej subtelnej, lecz potężnej więzi.
Oddech w pudełku
Kwestia przetrwania w szczelnie zamkniętym pomieszczeniu, np. na stacji kosmicznej, to fascynujące i wieloaspektowe zagadnienie. Aby człowiek mógł swobodnie oddychać, konieczne jest zapewnienie mu odpowiedniej ilości tlenu oraz usunięcie nadmiaru dwutlenku węgla. W sytuacji odizolowania od warunków zewnętrznych rośliny mogą okazać się naszymi najwierniejszymi sprzymierzeńcami, pełniącymi funkcję „naturalnych generatorów tlenu” i „pochłaniaczy” dwutlenku węgla. Ile roślin zatem potrzeba, aby zapewnić człowiekowi możliwość oddychania w tak ekstremalnych warunkach?
Przyjmuje się, że przeciętna dorosła osoba w spoczynku zużywa około 550 litrów tlenu dziennie, co odpowiada około 0,55 m³. Wynika z tego, że dorosły człowiek w ciągu każdej godziny potrzebuje około 22,83 litrów tlenu. Wydycha równoważną ilość dwutlenku węgla. Aby określić liczbę roślin potrzebnych do zapewnienia wystarczającej ilości tlenu dla jednej osoby zamkniętej w szczelnym pomieszczeniu, trzeba wziąć pod uwagę kilka czynników: ilość tlenu potrzebną do podtrzymania życia, ilość dwutlenku węgla wydychanego przez człowieka oraz efektywność fotosyntezy różnych gatunków roślin. Ilość tlenu produkowanego przez rośliny zależy od wielu czynników, w tym wielkości aparatu asymilacyjnego (czyli liści), ilości światła oraz warunków uprawy. Na przykład jedna dorosła roślina paproci boston (Nephrolepis exaltata) w optymalnych warunkach jest w stanie wydzielić do atmosfery około 28 litrów tlenu dziennie. Teoretycznie więc, aby dostarczyć człowiekowi tyle tlenu, ile musi mieć, żeby przeżyć całą dobę, potrzebnych byłoby co najmniej 20 takich paproci. Jednak nie wszystkie rośliny są równie efektywne. Te o dużych liściach i szybkim tempie wzrostu – fikusy, draceny czy bambusy – mogą być wydajniejsze. A co z tymi, których nie widać gołym okiem?
Eksperymenty na wielką i mniejszą skalę
Tym tematem zajmowano się już w latach 70. ubiegłego wieku. Próbowano wtedy określić granicę wytrzymałości człowieka i jego przetrwania w skrajnie niesprzyjającym środowisku, takim jak przestrzeń kosmiczna, odizolowane bazy na innych planetach lub nawet na Ziemi, tylko ulokowane bez dostępu do świeżego powietrza, np. pod wodą. Jednym z takich miejsc była baza BIOS-3 zlokalizowana na Syberii. Badano tam możliwości wykorzystania mikroglonów do stabilizacji stężenia tlenu i dwutlenku węgla w szczelnie zamkniętym budynku. Określono, że 8 m2 powierzchni zasiedlonej przez glony z rodzaju Chlorella wystarcza do zapewnienia tlenu dla jednej osoby przy jednoczesnej stabilizacji zawartości dwutlenku węgla w atmosferze na bezpiecznym dla człowieka poziomie. Dużo bardziej ambitny (powierzchnia 8370 m2 obsadzona tropikalnymi i jadalnymi roślinami) oraz zdecydowanie bardziej kosztowny (budżet pochłonął ponad 200 mln dolarów) okazał się projekt Biosfera-2 realizowany w Arizonie. Zakładał on odtworzenie najważniejszych ziemskich biomów podtrzymujących życie pod osłoną superszczelnych szklarni, w których na dwa lata zamknięto ośmioosobowy zespół badaczy. Eksperyment nie do końca się powiódł, ale na jego podstawie udało się określić, że do podtrzymania optymalnego dla potrzeb człowieka składu atmosfery potrzeba około 400 roślin zbliżonych wielkością do naszych domowych kwiatów doniczkowych.
W mniejszej skali równie ciekawy eksperyment przeprowadził youtuber Joel Creates. W szczelnie zamkniętym „pudełku” próbował przy użyciu roślin utrzymać naturalny skład atmosfery ziemskiej. Niezwykle interesujące eksperymenty przeprowadzają też Caroline Pultz i Cerentin de Chatelperron w ramach programu „Misja Biosfera – jak zbudować ekosystem przyszłości”. Postanowili oni na 120 dni zamieszkać na meksykańskiej pustyni, żeby sprawdzić, czy są w stanie żyć samowystarczalnie. W ten sposób chcieli pokazać złożoność naszych relacji z przyrodą. Najpierw jednak skupili się na budowie schronienia, które zapewni im przetrwanie w ekstremalnym klimacie, dostarczając odpowiednie ilości powietrza, wody i energii elektrycznej, czyli wszystkiego, co jest niezbędne do funkcjonowania. Założyli, że rozwiązania, którymi się posłużą, mają być mało skomplikowane technologicznie (low-tech) i wytworzone z biomateriałów lub surowców odzyskanych. Sięgnęli również po mikroglony w celu wytwarzania sporej części żywności. Projekt jest w trakcie realizacji od 2023 roku.
Fitoplankton
Kiedy zaczynam myśleć o powietrzu, którym oddychamy, i o dwutlenku węgla, który powinien zostać pochłonięty z atmosfery, bardzo często w pierwszym skojarzeniu pojawiają się „zielone płuca” naszej planety, czyli lasy deszczowe z dorzecza Amazonki. Technicznie rzecz ujmując, jest to raczej „płuco”, ponieważ okazuje się, że blisko 50% tlenu na Ziemi wytwarzają oceany stanowiące drugie „płuco” matki Ziemi, pozwalające nam przetrwać. Działają tam mikroskopijne glony, których potęgę widać nawet z kosmosu. Tworzą nasz tlen, mimo że większość z nas nawet nie wie o ich istnieniu. Relacja między oddychaniem a fotosyntezą pokazuje znaczenie równowagi. Nasza zależność od roślin, choć ogromna, niestety często pozostaje niedoceniana.
Zakłócenie tego balansu, np. przez wylesianie, spalanie paliw kopalnych, zanieczyszczanie oceanów czy inne działania prowadzące do przerwania naturalnych cykli biogeochemicznych, ma bezpośredni wpływ na jakość powietrza, którym oddychamy.
Wylesianie jest szczególnie niebezpieczne, ponieważ zmniejsza liczbę dużych roślin (wycinane są potężne drzewa) zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy na ogromną skalę, co prowadzi do zwiększenia stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Wzrost jego poziomu nie tylko przyczynia się do globalnego ocieplenia, lecz także negatywnie odbija się na naszym zdrowiu (wystarczy sobie przypomnieć, jak pogarsza się nasze samopoczucie podczas długich fal upałów). Ochrona lasów jest więc zarówno sposobem dbania o przyrodę, jak i formą ratowania nas samych.
Jelita Ziemi
Nasze powiązanie ze światem roślin sięga też w głąb, i to dosłownie: nie można mówić o roślinach, nie wspominając o mikroorganizmach glebowych, z którymi te rośliny ściśle współpracują, np. o bakteriach azotowych żyjących w symbiozie z roślinami motylkowymi lub o grzybach mykoryzowych działających wspólnie z większą częścią ziemskiej flory, od traw po wielkie drzewa. Znaczenie mikrobiomu glebowego – niewidocznego, ale niezwykle istotnego składnika ekosystemu – można porównać do roli, jaką biom jelitowy odgrywa w zachowaniu zdrowia naszego organizmu. Mikrobiom glebowy to złożona sieć mikroorganizmów, takich jak bakterie, grzyby, archeony i wirusy, które – współdziałając z roślinami – pełnią kluczową funkcję w cyklu węglowym.
Te drobne organizmy są odpowiedzialne za rozkład materii organicznej, w wyniku którego do gleby zostają uwolnione składniki odżywcze. Te zaś ponownie wykorzystują rośliny. Kolejny cykl się zamyka. Ponadto mikrobiom glebowy ma znaczący udział w sekwestracji węgla, co oznacza, że pomaga w przechowywaniu dwutlenku węgla w glebie, zamiast pozwalać mu ulotnić się do atmosfery. Dzięki temu procesowi gleba staje się nie tylko źródłem składników odżywczych dla roślin, ale także naturalnym magazynem węgla, co pomaga w walce z pustynnieniem i pozwala na regenerację ziem, które stają się zasobniejsze w próchnicę. Ten proces z kolei wspierają duże przeżuwacze – zwierzęta stadne pasące się na lasopastwiskach, stepach czy trawiastych równinach.
W Europie ponad 60% gleb uprawnych zalicza się do obszarów silnie zdegradowanych, dlatego odbudowanie mikrobiomu glebowego jest tak istotne. Bez odpowiedniej ilości mikroorganizmów gleba nie mogłaby magazynować odpowiednich ilości wody i dwutlenku węgla, więc rośliny nie byłyby w stanie efektywnie przetwarzać składników odżywczych, co wpłynęłoby na ich zdolność do przeprowadzania fotosyntezy, wytwarzania tlenu i zapewniania pożywienia zwierzętom, w tym ludziom.
Migracje świerków
Zmiany klimatyczne, głównie spowodowane przez nadmierne emisje gazów cieplarnianych, mają ogromny wpływ na rośliny, a co za tym idzie – na naszą możliwość oddychania. Wzrost temperatury, zmiany wzorców opadów, a także częstsze i bardziej intensywne ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak powodzie czy pożary, negatywnie wpływają na ilość roślinności na całym świecie. Stresy środowiskowe, np. susze, mogą natomiast obniżyć zdolność roślin do przeprowadzania fotosyntezy. Wpływ zmian klimatu na roślinność widać wyraźnie na przykładzie zmiany zasięgów występowania niektórych gatunków roślin. Świerki „migrują” w kierunku obszarów północnych, „uciekając” przed ociepleniem klimatu.
Kryzys klimatyczny oddziałuje również na mikrobiom glebowy, co może dodatkowo osłabić zdolność roślin do przetrwania w trudnych warunkach. Na przykład w ziemi pojawiają się nowe patogeny powodujące gwałtowne obumieranie całych drzewostanów. To stanowi kolejne zagrożenie dla naszej relacji z florą, a od niej – jak już wiemy – zależy nasze przetrwanie.
Różnorodność biologiczna to następny element warunkujący stabilność połączeń w naturalnych ekosystemach. Jest ona niezbędna do zapewnienia trwałej produkcji tlenu, ciągłości wytwarzania pożywienia dla innych organizmów, oczyszczania wody i redukcji dwutlenku węgla w atmosferze. Tutaj ważną rolę odgrywa rolnictwo. Monokultury – czyli uprawy tylko jednego gatunku na dużych obszarach – powodują degradację gleby i zagrażają różnorodności biologicznej, co w efekcie prowadzi do zmniejszenia wydajności roślin przeprowadzających fotosyntezę. Takie jednolite ekosystemy są bardziej podatne na choroby oraz inwazje szkodników. Ochrona różnorodności biologicznej jest zatem kluczowa nie tylko dla dostarczania odpowiednich ilości żywności, lecz także dla utrzymania równowagi atmosferycznej.
Jednym z najważniejszych kroków, jakie możemy podjąć, aby odbudować naszą relację z roślinami i zapewnić stabilną produkcję tlenu, jest regeneracja ekosystemów i „uleczenie” gleby. W tym celu bardzo przydatne są praktyki rolnictwa regeneracyjnego, takie jak uprawy bezorkowe [metoda uprawiania roli polegająca na unikaniu tradycyjnej orki, czyli głębokiego przekopywania gleby przed siewem – przyp. red.], okrywanie gleby ściółką, odpowiedni płodozmian, agroleśnictwo czy redukcja używania chemicznych środków ochrony roślin oraz nawozów syntetycznych. Przywracanie naturalnych siedlisk, zalesianie i chronienie istniejących lasów to kolejne działania służące utrzymaniu stabilnej produkcji tlenu i zapewnieniu równowagi ekologicznej na Ziemi.
W ostatecznym rozrachunku nasze życie jest nierozerwalnie związane z roślinami. Stanowimy część jednego, złożonego systemu, który musi działać w harmonii, aby zapewnić dalsze istnienie wszystkich jego elementów, w tym nas samych. Ochrona tej równowagi jest nie tylko naszym obowiązkiem, ale także warunkiem przetrwania.
