Η κλιματική αλλαγή κάνει τα δέντρα να δυσκολεύονται να «αναπνεύσουν»

Τα δέντρα αγωνίζονται να δεσμεύσουν το διοξείδιο του άνθρακα που παγιδεύει τη θερμότητα σε θερμότερα και ξηρότερα κλίματα, που σημαίνει ότι μπορεί να μην χρησιμεύουν πλέον ως λύση για την αντιστάθμιση του αποτυπώματος άνθρακα της ανθρωπότητας καθώς ο πλανήτης συνεχίζει να θερμαίνεται, σύμφωνα με μια νέα μελέτη του Penn State. Ερευνητές.

«Διαπιστώσαμε ότι τα δέντρα σε θερμότερα και ξηρότερα κλίματα βήχουν αντί να αναπνέουν», δήλωσε ο Max Lloyd, επίκουρος καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. «Απελευθερώνουν πολύ περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα από τα δέντρα σε πιο δροσερές, υγρότερες συνθήκες».

Μέσα από μια διαδικασία ΦωτοσύνθεσηΤα δέντρα απομακρύνουν το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα για να παράγουν νέα ανάπτυξη. Ωστόσο, κάτω από αγχωτικές συνθήκες, τα δέντρα απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοαναπνοή. Αναλύοντας ένα παγκόσμιο σύνολο δεδομένων από ιστό δέντρων, η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι ο ρυθμός φωτοαναπνοής είναι έως και δύο φορές υψηλότερος σε θερμότερα κλίματα, ειδικά όταν το νερό είναι περιορισμένο. Βρήκαν ότι το όριο για αυτή την απόκριση στα υποτροπικά κλίματα αρχίζει να ξεπερνιέται όταν οι μέσες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της ημέρας υπερβαίνουν περίπου τους 68 βαθμούς. φά Επιδεινώνεται καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται περαιτέρω.

Ο σύνθετος ρόλος των φυτών στην κλιματική προσαρμογή

Τα ευρήματα περιπλέκουν την κοινή πεποίθηση σχετικά με τον ρόλο των φυτών στη βοήθεια στην άντληση ή χρήση άνθρακα από την ατμόσφαιρα, παρέχοντας νέα εικόνα για το πώς τα φυτά προσαρμόζονται στην κλιματική αλλαγή. Το πιο σημαντικό, οι ερευνητές σημειώνουν ότι καθώς το κλίμα θερμαίνεται, τα ευρήματά τους δείχνουν ότι τα φυτά μπορεί να είναι λιγότερο ικανά να τραβούν το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και να απορροφούν τον άνθρακα που είναι απαραίτητος για να βοηθήσουν τον πλανήτη να κρυώσει.

“Έχουμε βγάλει εκτός ισορροπίας αυτόν τον θεμελιώδη κύκλο”, είπε ο Lloyd. “Τα φυτά και το κλίμα συνδέονται στενά. Η μεγαλύτερη έλξη διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρά μας οφείλεται στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς. Είναι ένα μεγάλο κλειδί για τη σύνθεση της ατμόσφαιρας, που σημαίνει ότι οι μικρές αλλαγές έχουν μεγάλο αντίκτυπο.”

Ο Lloyd εξήγησε ότι τα φυτά απορροφούν σήμερα περίπου το 25% του διοξειδίου του άνθρακα που εκπέμπεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες κάθε χρόνο, σύμφωνα με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, αλλά αυτό το ποσοστό είναι πιθανό να μειωθεί στο μέλλον καθώς το κλίμα θερμαίνεται, ειδικά εάν το νερό γίνει σπάνιο.

«Όταν σκεφτόμαστε το μέλλον του κλίματος, αναμένουμε αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα, κάτι που θεωρητικά είναι καλό για τα φυτά, επειδή αυτά είναι τα μόρια που αναπνέουν», είπε ο Lloyd. “Αλλά δείξαμε ότι θα υπάρξει μια αντιστάθμιση που ορισμένα βασικά μοντέλα δεν λαμβάνουν υπόψη. Ο κόσμος θα γίνει θερμότερος, πράγμα που σημαίνει ότι τα φυτά θα είναι λιγότερο ικανά να αντλούν διοξείδιο του άνθρακα.

Αναλύοντας ένα παγκόσμιο σύνολο δεδομένων από ιστό δέντρων, μια ομάδα με επικεφαλής τους ερευνητές του Penn State έδειξε ότι ο ρυθμός φωτοαναπνοής στα δέντρα είναι έως και δύο φορές υψηλότερος σε θερμότερα κλίματα, ειδικά όταν το νερό είναι περιορισμένο. Βρήκαν ότι το κατώφλι για αυτή την απόκριση σε υποτροπικά κλίματα, όπως αυτό το τμήμα της οροσειράς των Αππαλαχίων και την περιοχή της κοιλάδας, αρχίζει να ξεπερνιέται όταν οι μέσες θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια της ημέρας υπερβαίνουν περίπου τους 68 βαθμούς Φαρενάιτ και επιδεινώνεται καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται περαιτέρω. Πίστωση: Warren Reed/Penn State

Στη μελέτη, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η διακύμανση της αφθονίας ορισμένων ισοτόπων ενός μέρους του ξύλου που ονομάζονται ομάδες μεθοξυλίου δρα ως ιχνηλάτης της φωτοαναπνοής στα δέντρα. Ο Lloyd εξήγησε ότι μπορείτε να σκεφτείτε τα ισότοπα ως διαφορετικούς τύπους ατόμων. Ακριβώς όπως μπορεί να έχετε εκδοχές παγωτού με βανίλια και σοκολάτα, τα άτομα μπορεί να έχουν διαφορετικά ισότοπα που έχουν τις δικές τους μοναδικές «γεύσεις» λόγω των διαφορών στις μάζες τους. Η ομάδα μελέτησε τα επίπεδα «γεύσης» των ισοτόπων μεθοξυλίου σε δείγματα ξύλου από περίπου τρεις δωδεκάδες δείγματα δέντρων από διάφορα κλίματα και συνθήκες σε όλο τον κόσμο για να παρατηρήσει τις τάσεις στη φωτοαναπνοή. Τα δείγματα προήλθαν από τα αρχεία στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋτο οποίο περιέχει εκατοντάδες δείγματα ξύλου που συλλέχθηκαν τις δεκαετίες του 1930 και του 1940.

«Η βάση δεδομένων χρησιμοποιήθηκε αρχικά για να εκπαιδεύσει δασολόγους πώς να αναγνωρίζουν δέντρα από διαφορετικά μέρη σε όλο τον κόσμο, έτσι την επαναπροσδιορίσαμε για να ανακατασκευάσουμε ουσιαστικά αυτά τα δάση για να δούμε πόσο καλά απορροφούσαν το διοξείδιο του άνθρακα», είπε ο Lloyd.

Μέχρι τώρα, οι ρυθμοί φωτοαναπνοής μπορούσαν να μετρηθούν μόνο σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας ζωντανά φυτά ή καλά διατηρημένα νεκρά δείγματα που διατηρούσαν δομικούς υδατάνθρακες, πράγμα που σημαίνει ότι ήταν σχεδόν αδύνατο να μελετηθεί ο ρυθμός με τον οποίο τα φυτά δεσμεύουν άνθρακα σε μεγάλη κλίμακα ή στο παρελθόν . εξήγησε ο Λόιντ.

Κοιτάζοντας στο παρελθόν για να κατανοήσουμε το μέλλον

Τώρα που η ομάδα έχει επικυρώσει μια μέθοδο για την παρακολούθηση του ρυθμού φωτοαναπνοής χρησιμοποιώντας ξύλο, είπε ότι η μέθοδος θα μπορούσε να προσφέρει στους ερευνητές ένα εργαλείο για να προβλέψουν πόσο καλά θα «αναπνέουν» τα δέντρα στο μέλλον και πώς είχαν την απόδοση τους σε παλαιότερα κλίματα.

Η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται ραγδαία. Είναι ήδη μεγαλύτερο από οποιαδήποτε άλλη στιγμή τα τελευταία 3,6 εκατομμύρια χρόνια, σύμφωνα με Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας. Ο Lloyd εξήγησε ότι αυτή η περίοδος είναι σχετικά πρόσφατη σε γεωλογικό χρόνο.

Η ομάδα θα εργαστεί τώρα για να ανακαλύψει ρυθμούς φωτοαναπνοής στο αρχαίο παρελθόν, έως και δεκάδες εκατομμύρια χρόνια πριν, χρησιμοποιώντας απολιθωμένο ξύλο. Αυτές οι μέθοδοι θα επιτρέψουν στους ερευνητές να δοκιμάσουν ρητά τις υπάρχουσες υποθέσεις σχετικά με τον μεταβαλλόμενο αντίκτυπο της φωτοαναπνοής των φυτών στο κλίμα κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου.

«Είμαι γεωλόγος, δουλεύω στο παρελθόν», είπε ο Λόιντ. «Επομένως, αν μας ενδιαφέρουν αυτά τα μεγάλα ερωτήματα σχετικά με το πώς λειτουργούσε αυτός ο κύκλος όταν το κλίμα ήταν πολύ διαφορετικό από αυτό που είναι σήμερα, δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ζωντανά φυτά. Πιθανότατα πρέπει να πάμε εκατομμύρια χρόνια πίσω για να καταλάβουμε καλύτερα το μέλλον θα μοιάζει».

Αναφορά: «Isotopic clustering in wood as a alternative to photorespiration in trees» των Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson και ο Daniel A. . Stolper, 6 Νοεμβρίου 2023, Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Άλλοι συγγραφείς σε αυτό το άρθρο είναι η Rebecca A. Stein και Daniel A. Stolper και Daniel E. Ibarra και Todd E. Dawson του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Berkeley; richard s. Μπάρκλεϊ και Σκοτ ​​Λ. Πτέρυγα του Εθνικού Μουσείου Φυσικής Ιστορίας Smithsonian, και David W. Stahl του Πανεπιστημίου του Αρκάνσας.

Αυτή η εργασία χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Ινστιτούτο Aguron, το Ίδρυμα Hyssing-Simons και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ.