Acest articol este rezultatul unui interviu cu colegul nostru Octavian, pe care l-am realizat cu ocazia finalizării proiectului său de cercetare despre rețelele trofice din râurile care trec prin peșteri. Am discutat despre importanța acestui proiect, provocările întâmpinate pe parcurs și descoperirile fascinante legate de viețuitoarele subterane. Sperăm că acest interviu va oferi o perspectivă interesantă asupra lumii misterioase și puțin cunoscute a ecologiei peșterilor.

Cum a început povestea acestui proiect?

Povestea a început acum zece ani, pe când lucram ca cercetător postdoctorand la Laboratorul Râurilor, o stațiune de cercetare afiliată Queen Mary University of London, Anglia. Între 2013 și 2015, am studiat cum rețelele trofice din râuri sunt influențate de concentrațiile de nutrienți din apă. Aceste rețele trofice includ resurse bazale (de exemplu, alge și detritus), consumatori intermediari (de exemplu, nevertebrate acvatice) și consumatori de ordin superior (de exemplu, păstrăv).

În perioada 2017-2018, am studiat două peșteri cu apă, fiecare traversată de un pârâu subteran și parte din același sistem carstic (sistemul Ciur-Ponor-Ciur-Izbuc din Munții Apuseni). În peștera Ciur-Ponor, am investigat cum viiturile de suprafață, după ploi abundente, transportă în peșteră detritus și fauna de suprafață. A fost o cercetare de pionierat, una dintre puținele care au analizat cum intrările energetice de la suprafață influențează viața în subteran. Rezultatele au fost publicate în 2019 în International Journal of Speleology.

În timpul unei vizite în peștera Ciur-Izbuc, în timp ce scormoneam pe fundul pârâului subteran, am descoperit niște crustacee depigmentate, alb-opace. Inițial am crezut că sunt din genul Niphargus, un locuitor obișnuit al peșterilor cu apă. Dar, la o examinare mai atentă, am observat că unele dintre ele aveau un punct mic și negru, unde ar fi trebuit să fie ochii. O observație surprinzătoare pentru ca locuitorii peșterilor, de regula, nu mai au ochi, ei fiind un caracter regresat după milioane de ani de adaptare la viată in subteran. Am realizat că erau de fapt un crustaceu de la suprafață, o ruda îndepărtată a nifargilor, si anume Gammarus balcanicus. Pârâul care traversa peștera era populat la suprafață, la doar câteva sute de metri de intrare, de acest crustaceu sub forma unei populații numeroase. În peșteră, însă, se găsea doar o populație sărăcăcioasă, probabil temporară, însă depigmentată, diferind astfel de populația externă și indicând că petrecuseră ceva timp în subteran.

Am monitorizat ciclul biologic al acestor două populații timp de un an (2017-2018). Nu mica mi-a fost mirarea când am descoperit diferențe mari între ele: crustaceele din peșteră erau mai mari, femelele se maturizau sexual mai târziu și produceau ouă mai mici, dar mai numeroase. Populația din peșteră era limitată de fosfor și avea o poziție trofică mai înaltă și o omnivorie mai pronunțată decât cea de la suprafață. Rezultatele au fost publicate în 2020 în jurnalul Zoology.

Aceste descoperiri m-au inspirat să dezvolt un model teoretic despre cum funcționează râurile care traversează peșteri. În colaborare cu colegii matematicieni și fostul meu șef de la Laboratorul Râurilor, am publicat în 2021 modelul Epigea-Hypogean Continuum în jurnalul Aquatic Sciences.

Acest model a fost baza pentru o propunere de grant, finanțată în 2022 de către UEFISCDI, de tip “Tinere Echipe”. Cu o finanțare de aproximativ 90.000 de euro, am colaborat cu colegi de la INCDSB și Institutul de Speologie “Emil Racoviță” pentru analize chimice ale apei și muncă de teren. Analizele complexe, realizate de colegii de la Universitatea Koblenz-Landau din Germania, au inclus măsurarea conținutului de nutrienți și a izotopilor stabili de carbon și azot, esențiali pentru urmărirea fluxurilor de masă în rețelele trofice. Site-ul dedicat proiectului poate fi accesat aici.

Munca de colectare a probelor a fost intensă, cu campanii la fiecare două luni timp de un an (2022-2023). Peștera Gaura Haiducilor, din apropiere de Moldova Nouă, județul Caraș-Severin, a fost ideală pentru testarea modelului conceptual Epigea-Hypogean Continuum deoarece este străbatută de către un pârâu care are și parcurs de suprafață.

Care este scopul principal al proiectului tău?

Scopul principal al proiectului este înțelegerea rețelelor trofice din râurile care au un parcurs subteran prin peșteri. Primul lucru pe care îl observă o persoană dacă se plimbă pe firul apei unui asemenea râu, pe parcursul trecerii de la lumina zilei la întunericul din peșteră, este scăderea, în paralel, a densității și diversității nevertebratelor acvatice, dar și a cantității de frunze, lemne și detritus fin-granulat (vezi Figura 1).

De asemenea, biofilmul care se formează pe pietre nu mai este verzui la culoare, așa cum poate fi observat la suprafață, ci maroniu-negricios, datorită dispariției algelor din această componentă de hrană, odată ce apa curgătoare pătrunde în peșteră. Aceste fenomene ușor de observat vizual se dovedesc însă mai dificil de explicat atunci când vrem să înțelegem în ce măsură aceste resurse bazale (ex. lemne, frunze, biofilm) condiționează viața din peșteră. Acest lucru necesită strângerea de informații cantitative, pentru a putea măsura fluxurile de masă și nutrienți transmise de la hrană către și prin consumatori, însă cu o abordare la nivel de rețea trofică.

S1, S2 și S3 sunt stații reprezentative utilizate pentru testarea acestui model conceptual. Stația S1 este situată la suprafață, înainte de intrarea râului în peșteră. Stația S2 se află în sectorul de râu imediat după intrarea în peșteră, iar stația S3 este amplasată în adâncimea peșterii, la aproximativ 1 km de S2.

Ce tipuri de resurse energetice de bază sunt studiate în acest proiect?

Sunt recunoscute patru tipuri mari de resurse bazale, fiecare cu specificul ei. În primul rând, biofilmul care se dezvoltă pe pietre. Acest biofilm la suprafață este de culoare verzuie, datorită algelor care produc fotosinteză și conțin clorofilă. În realitate, el conține nu doar alge, ci și un consorțiu de bacterii, fungi și protozoare. Laolaltă, această resursă de hrană este considerată calitativ superioară celorlalte trei tipuri de resurse bazale, care, la rândul lor, sunt grupate sub forma generică de detritus, adică lemne, frunze și materie organică fin-granulată. Detritusul este cărat de viituri în peșteră, astfel încât cantitatea sa scade pe măsură ce ne îndepărtăm de gura peșterii în aval. Primul tip de detritus care scade pe un asemenea transect sunt lemnele, care de obicei sunt transportate pe distanțe relativ mici față de intrarea în peșteră a râului. Apoi urmează frunzele și, adesea, în străfundurile peșterilor nu mai ajunge decât detritusul fin-granulat, care este de obicei transportat în masa apei pe direcția amonte-aval.

De ce este important să înțelegem influența acestor resurse asupra rețelelor trofice din pârâurile care se scurg în peșteri?

Răspunsul la această întrebare ține de domeniul cercetării fundamentale. Principala atenție a ecologiei acvatice este îndreptată către înțelegerea structurii și funcționării ecosistemelor acvatice, printre care se numără și râurile. De la izvoare și până la vărsarea lor în mare, râurile sunt relativ bine înțelese în zilele noastre. Cu toate acestea, râurile cu parcurs subteran reprezintă un tip răspândit de habitat la nivel mondial și, în unele țări precum România, care are peste 11.000 de peșteri, sunt foarte comune.

Ce este modelul conceptual Epigean – Hypogean Continuum și de ce este important?

Două teorii esențiale au apărut în ultimele două decenii: Ecologia stoichiometrică și Teoria Metabolică. Nu doresc să explic aici modul în care aceste două concepte fundamentale au fost corelate cu râurile care curg prin peșteri; pentru detalii, sunt nevoit să trimit cititorii la un articol teoretic publicat în 2021 în jurnalul Aquatic Sciences, unde modelul Epigean – Hypogean Continuum este explicat pe larg. Cu toate acestea, pot menționa faptul că, din păcate, ecologia apelor subterane este cu mult în urma zoologiei, care încă prevalează în lumea științifică națională și internațională în studiul acestor ecosisteme. Modul în care viața este structurată în subteran și felul în care este influențată de suprafață sunt aspecte pe care nu le înțelegem prea bine în acest moment. Subiectul a fost abordat în ultimele decenii, însă rezultatele obținute nu sunt suficiente pentru a forma o imagine globală reală. Din acest motiv, mai multe ipoteze de lucru au fost testate.

Care sunt principalele ipoteze de lucru ale proiectului?

• Ipoteza de lucru 1: Reducerea cantității, calității și diversității resurselor bazale pe măsură ce râul curge de la suprafață către subteran duce la scăderea fluxurilor de nutrienți prin rețelele trofice.
• Ipoteza de lucru 2: Reducerea cantității, calității și diversității resurselor bazale pe măsură ce râul curge de la suprafață către subteran duce la scăderea abundenței, biomasei și producției secundare a comunităților de nevertebrate.
• Ipoteza de lucru 3: Reducerea intrărilor energetice bazale duce la creșterea poziției trofice, a omnivoriei, a dimensiunii și gradului de suprapunere al nișelor trofice pentru speciile cu dimensiuni corporale comparabile pe transectul suprafață-subteran.
• Ipoteza de lucru 4: Efectele de bottom-up, exercitate de jos în sus, pe măsură ce râul curge de la suprafață către subteran, modifică puternic topologia rețelelor trofice, care devin mai scurte și cu o diversitate mai scăzută la baza piramidei.

Ce impact ar putea avea rezultatele acestui proiect asupra înțelegerii ecologiei peșterilor?

Rezultatele sunt esențiale pentru înțelegerea ecologiei peșterilor, deoarece curgerea râurilor de la suprafață către subteran oferă un gradient natural prin care putem măsura modul în care scăderea stocului de resurse bazale condiționează rețelele trofice și fluxul de nutrienți și energie. Acest proiect introduce o abordare nouă, deși aparent simplă, prin care se măsoară pentru prima dată fluxul de nutrienți și masă prin rețelele trofice de suprafață și subterane în cadrul aceluiași ecosistem: râurile cu parcurs subteran.

Care sunt implicațiile practice ale acestui proiect pentru conservarea ecosistemelor subterane?

Ecosistemele subterane se numără printre cele mai periclitate tipuri de habitate. Cu toate acestea, paradigma actuală de gândire este limitată la criteriul speciilor periclitate, având în vedere gradul lor ridicat de endemism. Acest proiect va contribui la implementarea unei abordări conceptuale complementare: speciile nu pot exista fără interacțiuni trofice, astfel încât protecția unei peșteri în viitor trebuie gândită și prin prisma rolului jucat de acestea în funcționarea ecosistemului, nu doar ca niște obiecte fragile care nu trebuie atinse din cauza gradului ridicat de endemism.

Ce descoperiri au fost făcute în legătură cu viețuitoarele care trăiesc în peșteri și cum sunt influențate de mediul lor subteran?

Deoarece această abordare s-a bazat pe campanii intensive de teren pentru prelevare de probe, în medie câte una la fiecare două luni, rezultatele sunt deocamdată preliminare. Cu toate acestea, un rezultat preliminar indică faptul că principala influență asupra condiționării vieții în peștera studiată este declanșată de scăderea stocului de carbon, nu neapărat de azot sau fosfor. Cu alte cuvinte, cantitatea și diversitatea resurselor bazale scade semnificativ pe măsură ce pârâul traversează peștera, însă calitatea lor (măsurată sub forma concentrațiilor de azot și fosfor) rămâne similară. Mai mult, interacțiunile trofice din peșteră au fost puternic condiționate de acest fenomen. În prezent (iunie 2024), lucrăm la un prim manuscris bazat pe datele colectate din teren.

Care sunt cele mai mari provocări întâmpinate de echipa de cercetare în timpul desfășurării acestui proiect și cum au fost depășite aceste obstacole?

Cele mai mari provocări întâmpinate de echipa noastră de cercetare au fost legate de aspectele administrative complexe și consumatoare de timp. Sperăm ca în viitor aceste procese să fie simplificate, astfel încât personalul de cercetare să poată dedica mai mult timp activităților științifice propriu-zise și mai puțin sarcinilor administrative.

Cum se pot aplica descoperirile acestui proiect în alte domenii sau sectoare, precum conservarea biodiversității sau managementul resurselor naturale?

Ecosistemele acvatice subterane sunt din ce în ce mai afectate de activitățile antropice, precum supraexploatarea resurselor de apă, poluarea și gradul de ocupare al terenului, cu efecte detrimentale, însă puțin înțelese asupra biodiversității hipogee. Ținând cont de acest aspect, subliniem faptul că viitoarele proiecte de conservare a biodiversității ar fi mai eficiente dacă ar include în agenda lor de lucru această abordare integrativă la nivel de rețea trofică.

Care sunt următoarele etape ale acestui proiect și ce provocări sau întrebări științifice urmează să fie abordate în viitor?

Următoarele etape ale acestui proiect vor consta, pe de o parte, în publicarea rezultatelor obținute în cadrul proiectului actual și, pe de altă parte, în continuarea cercetărilor prin alte proiecte viitoare. Unul dintre factorii de mediu cruciali implicați în condiționarea vieții și fluxurilor de nutrienți în subteran este conținutul de nutrienți dizolvați în apă, precum speciile chimice de carbon, azot și fosfor. Astfel, o progresie logică pentru viitor este aplicarea ipotezelor de lucru schițate în propunerea actuală pe mai multe peșteri acvatice, acoperind gradienți de încărcare cu nutrienți ai apei, variind de la peșteri cu concentrații scăzute, medii și, în cele din urmă, ridicate (ex. poluate organic). Extinderea studiului de la o singură peșteră la mai multe peșteri cu apă va permite o înțelegere mai profundă a acestui model conceptual.