Vliv nočního venkovního osvětlení na rostliny

Ohrožuje světelné znečištění také rostliny?

Fyziologické reakce rostlin na světlo a interakce mezi rostlinami a jinými organismy se po miliony let vyvíjely za stabilního režimu 24hodinových cyklů světla a tmy a (mimo rovníkové oblasti) za pravidelných sezónních změn v délce dne a noci. Podobně jako ostatní organismy, i rostliny jsou těmto změnám dokonale přizpůsobeny a světlo hraje důležitou roli upravující denní i sezónní vzorce chování. Světelné podmínky (kvalita, intenzita a směr světla) mají různé regulační role v mnoha klíčových procesech (jmenujme např. klíčení semen, vývoj semenáčů, fotosyntézu, fotomorfogenezi, fotoperiodismus, cirkadiánní rytmicitu a sezónní fenologické změny).

Rychlé šíření umělého osvětlení po celém způsobilo nebývalé narušení těchto přirozených světelných cyklů. Umělé světlo je v životním prostředí rozšířené a liší se intenzitou o několik řádů - od slabé, ale téměř všudypřítomné „nebeské záře“ (skyglow, vzniká odrazem světla od atmosféry a zejména od mraků v obrovském okruhu od přesvětlených urbanizovaných oblastí) až po přímé osvětlení městské a příměstské vegetace.

Jednoznačné hodnocení dopadu světelného znečištění na rostliny může být zdánlivě komplikováno těsností vztahu rostlina – světlo. Pro rostliny totiž světlo zajišťuje zdroj obživy (prostřednictvím fotosyntézy), a současně je nejdůležitějším zdrojem informací o průběhu vegetačního období. Nízké hladiny ozářenosti způsobené světelným znečištěním neposkytují dostatek energie, aby mohla být stimulována fotosyntéza (a bylo tedy možné uvažovat o nějakém „přilepšení“), ale především narušují jiné procesy, které jsou závislé na světle jakožto zdroji informací.

Světelné znečištění je největším nebezpečím pro synchronizaci přirozených rytmů rostlin s vnějším prostředím.  Stále častěji se objevují práce, které popisují, jak umělé světlo v nočním prostředí ovlivňuje nástup pravidelně se opakujících životních projevů jako je např. rašení pupenů, žloutnutí listů, jejich opad apod. (tzv. fenologii). První práce tohoto typu se objevily dokonce už ve 30. letech 20. století. Příklady máme na podzim a na jaře obvykle blíž než si myslíme – v průběhu podzimu dávají kratší dny některým stromům signál, že je čas zastavit fotosyntézu a připravovat se na opad listů – realokovat zdroje tak, aby byly rostliny co nejlépe chráněny před blížícími se mrazivými zimními teplotami. V blízkosti lamp veřejného osvětlení ale můžeme pozorovat, jaký dopad má na zdravotní stav stromu, pokud je informace o zkracujících se dnech falešně zkreslena - nedostatečná příprava na zimu vede k zámrzu celých větví. Podobně na jaře falešná informace o „dostatečně“ dlouhém dni vede k časnějšímu rašení pupenů, vystavených v této citlivé fázi vývoje riziku jarních mrazíků. Co to udělá se zdravotním stavem stromu? Přestože dlouhodobé účinky změněných světelných podmínek nebyly dosud dostatečně prozkoumány, jisté je, že ztráta zdrojů způsobuje na strom malý, ale opakovaný tlak. To by se mohlo projevit sníženým růstem ve srovnání se stromy stejného druhu rostoucími v přirozeně osvětleném prostředí. Je pravděpodobné, že většímu riziku dramatického zhoršení celkového stavu budou vystaveny stromy v prostředí, kde již existují další abiotické stresové faktory, jejichž účinky se mohou vzájemně prohlubovat (v městech typicky zhoršená kvalita ovzduší, omezená dostupnost vody, zvýšené teploty), a takoví jedinci budou náchylnější i k nejrůznějším chorobám.

Mezi další uváděné efekty patří změny v nástupu fotoperiodicky řízeného kvetení. Rostliny, u nichž je kvetení řízeno délkou dne, se liší v požadavku na tuto délku – některé jsou ke kvetení stimulovány dlouhými dny, jiné krátkými. Proto ani účinky světelného znečištění na jednotlivé rostliny nebudou stejného typu. Novozélandská dřevina železnatec (Metrosideros excelsa) kvete hojněji v blízkosti lamp veřejného osvětlení než v mezerách mezi nimi. Byly již popsány i první efekty na zemědělské plodiny - jasné reflektorové osvětlení věznice ve státě Ohio narušilo normální vývoj rostlin sóji na okolních polích, v jiném pozorování kukuřice poté, co byly na silnici vedle pole nainstalovány nové silné lampy, rostla sice rychleji, ale rostliny nekvetly. U volně žijících druhů účinky nejspíš zatím zůstávají bez povšimnutí, v experimentálním systému ale již bylo zjištěno, že štírovník (Lotus pedunculatus), produkuje až o 25 % méně květů, pokud je v noci vystaven umělému světlu simulujícímu veřejné osvětlení.

Co se týče vlivu na další světlem spoluřízené procesy, předpokládá se narušení diurnálního hospodaření s fotoasilimáty (sacharidy) nasyntetizovanými během dne a rozváděnými během noci či narušení cirkadiální rytmicity některých důležitých funkcí, jako je např. otevírání a zavírání průduchů.

Ukazuje se, že temná perioda je u rostlin podobně jako u jiných organismů určena k zotavení ze stresu včetně zneškodňování některých nebezpečných látek. Právě efektivita těchto fyziologických reakcí sloužících k tzv. nočnímu zotavení může být významně snížena. Jako příklad lze uvést působení troposférického ozonu - nebezpečné látky produkované fotochemickými reakcemi prekurzorů (oxidy dusíku a uhlovodíky) a související se silničním provozem. Experimenty s třemi druhy jetele ukázaly, že vystavení umělému světlo v noci (ekvivalentní přibližně expozici vegetace při pouličním osvětlení) se významně zvýšilo poškození listů ozonem.

Kromě přímých účinků umělé světlo v noci pravděpodobně ovlivňuje interakce mezi rostlinami navzájem i mezi rostlinami a jinými organismy. V rámci čtyřleté britské studie travních porostů vědci z University of Exeter zjistili, že vystavení populace trav vedlo ke snížení populace jednoho druhu trávy, zatímco další dva druhy reagovaly podpořením svého růstu. Tyto výsledky naznačují, že musíme brát v úvahu i změny ve složení populací včetně možného zvýhodnění problematických, například zavlečených druhů.

Z hlediska rostlin jako součástí ekosystémů nelze opomenout fakt, že umělé světlo ovlivňuje fyziologii, chování a ekologii býložravců a opylovačů. Podle švýcarské studie umělé světlo v noci narušilo vztahy s opylovači, konkrétně snížilo počet návštěv nočních opylovačů o 62 %. Toto mělo za následek pokles produkce semen o 13 % (rostliny byly opylovány i denními opylovači). Významný vliv světelného znečištění na hmyz je nad rámec tohoto zamyšlení věnovaného rostlinám.

Závěrem… lze se pokusit navrhnout nějaké řešení k snížení dopadů světelného znečištění na rostliny? U rostlin je situace komplikována existencí více typů receptorů (pro světlo červené, dlouhovlnné červené, modré, UV-B), signalizaci u rostlin tedy narušuje více složek barevného spektra. Optimální je tedy zhasínat či alespoň tlumit a vhodně směrovat každé noční světlo, které není bezprostředně potřeba.  

RNDr. Hana Konrádová, Ph.D.

Další příklady včetně primální literatury lze nalézt v přehledových článcích Bennie et al. 2016 a Singhal et al. 2019.

Bennie J., Davies T.W., Cruse D., Gaston K.J. (2016): Ecological effects of artificial light at night on wild plants. Journal of Ecology, 104(3): 611–620.

Singhal R.K., KumarM, Bose B. (2019) Eco-physiological Responses of Artificial Night Light Pollution in Plants. Russian Journal of Plant Physiology, 66(2): 190–202.