Medžiai stengiasi išskirti šilumą sulaikantį anglies dioksidą šiltesnio ir sausesnio klimato sąlygomis, o tai reiškia, kad jie nebegali kompensuoti žmonijos anglies pėdsako, nes planeta ir toliau šyla, rodo naujas Penn State vadovaujamas tyrimas. Tyrinėtojai.

„Mes nustatėme, kad šiltesnio ir sausesnio klimato medžiai kosėja, o ne kvėpuoja“, – sakė Peno valstijos geomokslų profesoriaus asistentas Maxas Lloydas ir neseniai žurnale „Science“ paskelbto tyrimo pagrindinis autorius. Nacionalinės mokslų akademijos darbai. „Jie išskiria daug daugiau anglies dioksido į atmosferą nei medžiai vėsesnėmis ir drėgnesnėmis sąlygomis.”

Per procesą FotosintezėMedžiai pašalina anglies dioksidą iš atmosferos, kad sukurtų naują augimą. Tačiau esant įtemptoms sąlygoms, medžiai į atmosferą išskiria anglies dvideginį – tai procesas vadinamas fotokvėpavimu. Analizuodama pasaulinį medžių audinių duomenų rinkinį, tyrėjų komanda parodė, kad šiltesnio klimato kraštuose fotokvėpavimo greitis yra iki dviejų kartų didesnis, ypač kai vandens kiekis ribotas. Jie nustatė, kad šios reakcijos slenkstis subtropiniame klimate pradeda viršyti, kai vidutinė dienos temperatūra viršija maždaug 68 laipsnius. F Jis blogėja, kai temperatūra toliau kyla.

Sudėtingas augalų vaidmuo prisitaikant prie klimato

Išvados apsunkina visuotinį įsitikinimą apie augalų vaidmenį padedant iš atmosferos ištraukti arba naudoti anglį, suteikiant naują įžvalgą apie tai, kaip augalai prisitaiko prie klimato kaitos. Dar svarbiau, kad mokslininkai pažymi, kad klimatui šylant, jų išvados rodo, kad augalai gali mažiau sugebėti iš atmosferos ištraukti anglies dvideginį ir sugerti anglį, reikalingą planetai atvėsti.

„Mes išmušėme šį esminį ciklą iš pusiausvyros“, – sakė Lloydas. „Augalai ir klimatas yra glaudžiai susiję. Didžiausią anglies dioksido trauką iš mūsų atmosferos traukia fotosintetiniai organizmai. Tai yra didelis atmosferos sudėties raktas, o tai reiškia, kad nedideli pokyčiai turi didelį poveikį.”

Lloydas paaiškino, kad, remiantis JAV Energetikos departamento duomenimis, augalai šiuo metu kasmet sugeria apie 25% žmogaus veiklos išmetamo anglies dvideginio, tačiau tikėtina, kad ateityje šis procentas sumažės, kai klimatas šyla, ypač jei pritrūks vandens.

„Kai galvojame apie klimato ateitį, tikimės, kad padidės anglies dioksido kiekis, o tai teoriškai naudinga augalams, nes tai yra molekulės, kuriomis jie kvėpuoja“, – sakė Lloydas. „Tačiau mes parodėme, kad bus kompromisas, į kurį kai kurie pagrindiniai modeliai neatsižvelgia. Pasaulis taps šiltesnis, o tai reiškia, kad augalai bus mažiau pajėgūs traukti anglies dioksidą.

Analizuodama pasaulinį medžių audinių duomenų rinkinį, Penn State tyrėjų vadovaujama komanda parodė, kad šiltesnio klimato sąlygomis medžių fotokvėpavimo greitis yra iki dviejų kartų didesnis, ypač kai vandens kiekis ribotas. Jie nustatė, kad šios reakcijos slenkstis subtropiniame klimate, pavyzdžiui, šioje Apalačijos dalyje ir slėnio regione, pradeda viršyti, kai vidutinė dienos temperatūra viršija apie 68 laipsnius pagal Farenheitą, o temperatūrai toliau kylant blogėja. Kreditas: Warren Reed / Penn State

Tyrimo metu mokslininkai išsiaiškino, kad tam tikrų izotopų, esančių medienos dalyje, vadinamoje metoksilo grupėmis, gausos svyravimai veikia kaip fotorespiracijos žymeklis medžiuose. Lloydas paaiškino, kad jūs galite galvoti apie izotopus kaip apie skirtingus atomų tipus. Kaip ir jūs galite turėti vanilės ir šokolado ledų versijas, atomai gali turėti skirtingus izotopus, kurie dėl savo masės skirtumų turi savo unikalų „skonį“. Grupė ištyrė metoksilo izotopų „skonio“ lygius medienos mėginiuose iš maždaug trijų dešimčių medžių egzempliorių iš įvairių klimato ir sąlygų visame pasaulyje, kad galėtų stebėti fotokvėpavimo tendencijas. Pavyzdžiai atkeliavo iš archyvo adresu Kalifornijos universitetas, Berkliskuriame yra šimtai medienos pavyzdžių, surinktų 1930-1940 m.

„Duomenų bazė iš pradžių buvo naudojama mokyti miškininkus atpažinti medžius iš įvairių pasaulio vietų, todėl mes panaudojome ją iš esmės rekonstruoti šiuos miškus, kad pamatytume, kaip gerai jie sugeria anglies dioksidą“, – sakė Lloydas.

Iki šiol fotokvėpavimo greitį buvo galima išmatuoti tik realiu laiku naudojant gyvus augalus arba gerai išsilaikiusius negyvus egzempliorius, kurie išlaikė struktūrinius angliavandenius, o tai reiškia, kad buvo beveik neįmanoma ištirti greitį, kuriuo augalai išskiria anglį dideliu mastu arba praeityje. . Lloydas paaiškino.

Žvelgiant į praeitį, kad suprastum ateitį

Dabar, kai komanda patvirtino fotokvėpavimo greičio stebėjimo naudojant medieną metodą, jis teigė, kad šis metodas gali suteikti tyrėjams įrankį, leidžiantį numatyti, kaip gerai medžiai „kvėpuos“ ateityje ir kaip jie pasielgė ankstesnio klimato sąlygomis.

Anglies dioksido kiekis atmosferoje sparčiai didėja; Pasak jo, jis jau didesnis nei bet kada per pastaruosius 3,6 mln Nacionalinė vandenynų ir atmosferos administracija. Lloydas paaiškino, kad šis laikotarpis yra palyginti naujas geologiniu laiku.

Dabar komanda sieks atrasti fotokvėpavimo dažnį senovėje, prieš dešimtis milijonų metų, naudojant suakmenėjusią medieną. Šie metodai leis mokslininkams aiškiai patikrinti esamas hipotezes dėl kintančio augalų fotorespiracijos poveikio klimatui per geologinį laiką.

„Aš esu geologas, dirbu praeityje“, – sakė Lloydas. „Taigi, jei mus domina šie dideli klausimai apie tai, kaip šis ciklas veikė, kai klimatas buvo labai kitoks nei šiandien, negalime naudoti gyvų augalų. Tikriausiai turime grįžti milijonus metų atgal, kad geriau suprastume, ką kaip atrodys ateitis“.

Nuoroda: Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson „Izotopinis grupavimas medienoje kaip alternatyva fotokvėpavimui medžiuose“ ir Danielis A. . Stolperis, 2023 m. lapkričio 6 d. Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Kiti šio dokumento autoriai yra Rebecca A. Steinas ir Danielis A. Stolperis ir Danielis E. Ibarra ir Toddas E. Dawsonas iš Kalifornijos universiteto Berklyje; richardas s. Barclay ir Scottas L. Smithsonian nacionalinio gamtos istorijos muziejaus sparnas ir Davidas W. Stahlas iš Arkanzaso universiteto.

Šį darbą iš dalies finansavo Agurono institutas, Hyssing-Simons fondas ir JAV nacionalinis mokslo fondas.