Изменението на климата кара дърветата да се борят да „дишат“

Дърветата се борят да отделят задържания на топлината въглероден диоксид в по-топъл и по-сух климат, което означава, че може вече да не служат като решение за компенсиране на въглеродния отпечатък на човечеството, тъй като планетата продължава да се затопля, според ново проучване, ръководено от Penn State. Изследователи.

„Открихме, че дърветата в по-топъл и по-сух климат кашлят, вместо да дишат“, каза Макс Лойд, асистент професор по геонауки в Penn State и водещ автор на изследването, публикувано наскоро в списание Science. Сборник на Националната академия на науките. „Те отделят много повече въглероден диоксид в атмосферата, отколкото дърветата в по-хладни и влажни условия.“

Чрез процес фотосинтезаДърветата премахват въглеродния диоксид от атмосферата, за да произведат нов растеж. Въпреки това, при стресови условия, дърветата отделят въглероден диоксид в атмосферата, процес, наречен фотодишане. Анализирайки глобален набор от данни за дървесна тъкан, изследователският екип демонстрира, че скоростта на фотодишане е до два пъти по-висока в по-топъл климат, особено когато водата е ограничена. Те откриха, че прагът за този отговор в субтропичния климат започва да се превишава, когато средните дневни температури надвишат приблизително 68 градуса. Е Влошава се с още покачване на температурите.

Комплексната роля на растенията в адаптирането към климата

Констатациите усложняват общоприетото схващане за ролята на растенията в подпомагането на извличането или използването на въглерод от атмосферата, предоставяйки нова представа за това как растенията се адаптират към изменението на климата. По-важното е, че изследователите отбелязват, че със затоплянето на климата техните открития показват, че растенията може да са по-малко способни да изтеглят въглероден диоксид от атмосферата и да абсорбират въглерода, необходим за охлаждане на планетата.

„Извадихме този фундаментален цикъл от равновесие“, каза Лойд. „Растенията и климатът са тясно свързани. Най-голямото извличане на въглероден диоксид от нашата атмосфера е от фотосинтезиращи организми. Това е голям ключ към състава на атмосферата, което означава, че малките промени имат голямо въздействие.“

Лойд обясни, че растенията понастоящем абсорбират около 25% от въглеродния диоксид, отделян от човешката дейност всяка година, според Министерството на енергетиката на САЩ, но този процент вероятно ще намалее в бъдеще със затоплянето на климата, особено ако водата стане оскъдна.

„Когато мислим за бъдещето на климата, очакваме въглеродният диоксид да се увеличи, което на теория е добре за растенията, защото това са молекулите, които те дишат“, каза Лойд. „Но ние показахме, че ще има компромис, който някои масови модели не вземат предвид. Светът ще стане по-топъл, което означава, че растенията ще бъдат по-малко способни да абсорбират въглероден диоксид.

Чрез анализиране на глобален набор от данни за дървесна тъкан, екип, ръководен от изследователи от Penn State, демонстрира, че скоростта на фотодишане в дърветата е до два пъти по-висока в по-топъл климат, особено когато водата е ограничена. Те откриха, че прагът за този отговор в субтропичен климат, като тази част от планинската верига Апалачи и района на долината, започва да се превишава, когато средните дневни температури надвишават около 68 градуса по Фаренхайт и се влошават с покачването на температурите. Кредит: Уорън Рийд/Щат Пен

В проучването изследователите откриха, че вариацията в изобилието на определени изотопи на част от дървесината, наречена метоксилни групи, действа като индикатор за фотодишане в дърветата. Лойд обясни, че можете да мислите за изотопите като различни видове атоми. Точно както може да имате ванилов и шоколадов вариант на сладолед, атомите могат да имат различни изотопи, които имат свои собствени уникални „вкусове“ поради разликите в техните маси. Екипът изследва нивата на „вкус“ на метоксилния изотоп в дървесни проби от около три дузини дървесни екземпляра от различни климати и условия по света, за да наблюдава тенденциите във фотодишането. Пробите идват от архивите на Калифорнийски университет, Бъркликойто съдържа стотици проби от дърво, събрани през 30-те и 40-те години на миналия век.

„Базата данни първоначално беше използвана за обучение на лесовъди как да разпознават дървета от различни места по света, така че ние я пренасочихме, за да реконструираме по същество тези гори, за да видим колко добре те абсорбират въглероден диоксид“, каза Лойд.

Досега скоростите на фотодишането можеха да бъдат измерени в реално време само с помощта на живи растения или добре запазени мъртви екземпляри, които задържаха структурни въглехидрати, което означава, че беше почти невъзможно да се проучи скоростта, с която растенията отделят въглерод в голям мащаб или в миналото . Лойд обясни.

Гледайки към миналото, за да разберете бъдещето

Сега, след като екипът е валидирал метод за наблюдение на скоростта на фотодишане с помощта на дървесина, той каза, че методът може да предложи на изследователите инструмент за прогнозиране колко добре дърветата ще „дишат“ в бъдеще и как са се представяли в миналия климат.

Количеството въглероден диоксид в атмосферата нараства бързо; Той вече е по-голям от всякога през последните 3,6 милиона години, според Национална администрация за океаните и атмосферата. Лойд обясни, че този период е сравнително скорошен в геоложкото време.

Сега екипът ще работи, за да открие скоростите на фотодишане в древното минало, допреди десетки милиони години, използвайки вкаменено дърво. Тези методи ще позволят на изследователите изрично да тестват съществуващите хипотези относно променящото се въздействие на фотодишането на растенията върху климата през геоложкото време.

„Аз съм геолог, работещ в миналото“, каза Лойд. „Така че, ако се интересуваме от тези големи въпроси за това как е работил този цикъл, когато климатът е бил много различен от днешния, не можем да използваме живи растения. Вероятно трябва да се върнем милиони години назад, за да разберем по-добре какво е нашето така ще изглежда бъдещето.“

Справка: „Изотопно групиране в дърво като алтернатива на фотодишането в дървета“ от Макс К. Лойд, Ребека А. Щайн, Даниел Е. Ибара, Ричард С. Баркли, Скот Л. Уинг, Дейвид У. Стале, Тод Е. Доусън и Даниел А. Столпър, 6 ноември 2023 г., Сборник на Националната академия на науките.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Други автори на тази статия са Ребека А. Стайн и Даниел А. Столпър и Даниел Е. Ибара и Тод Е. Доусън от Калифорнийския университет, Бъркли; Ричард С. Баркли и Скот Л. Крило на Националния природонаучен музей Смитсониън и Дейвид У. Стал от Университета на Арканзас.

Тази работа е финансирана отчасти от Института Агурон, Фондация Хисинг-Саймънс и Националната научна фондация на САЩ.