İklim değişikliği ağaçların 'nefes alma' çabasına neden oluyor

Penn State liderliğindeki yeni bir çalışmaya göre ağaçlar, daha sıcak ve daha kuru iklimlerde ısıyı hapseden karbondioksiti tutmakta zorlanıyor; bu da gezegen ısınmaya devam ettikçe insanlığın karbon ayak izini dengelemek için artık bir çözüm olarak hizmet edemeyecekleri anlamına geliyor. Araştırmacılar.

Penn State'de yer bilimleri alanında yardımcı araştırma profesörü ve yakın zamanda Science dergisinde yayınlanan çalışmanın baş yazarı Max Lloyd, “Daha sıcak, daha kuru iklimlerdeki ağaçların nefes almak yerine öksürdüğünü bulduk” dedi. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. “Atmosfere daha serin ve nemli koşullarda ağaçlara kıyasla çok daha fazla karbondioksit salıyorlar.”

Bir süreç aracılığıyla FotosentezAğaçlar yeni büyüme sağlamak için atmosferdeki karbondioksiti uzaklaştırır. Ancak stresli koşullar altında ağaçlar, fotorespirasyon adı verilen bir süreçle atmosfere karbondioksit salar. Araştırma ekibi, küresel bir ağaç dokusu veri kümesini analiz ederek, sıcak iklimlerde, özellikle de suyun sınırlı olduğu durumlarda, fotosolunum oranının iki kat daha yüksek olduğunu gösterdi. Ortalama gündüz sıcaklıkları yaklaşık 68 dereceyi aştığında subtropikal iklimlerdeki bu tepki eşiğinin aşılmaya başladığını buldular. F Sıcaklıklar arttıkça durum daha da kötüleşiyor.

İklim adaptasyonunda bitkilerin karmaşık rolü

Bulgular, bitkilerin iklim değişikliğine nasıl uyum sağladığına dair yeni bilgiler sağlayarak, bitkilerin atmosferden karbon çekilmesine veya kullanılmasına yardımcı olmadaki rolü hakkındaki yaygın inancı karmaşıklaştırıyor. Daha da önemlisi, araştırmacılar, iklim ısındıkça bulgularının, bitkilerin atmosferden karbondioksit çekme ve gezegenin soğumasına yardımcı olmak için gereken karbonu emme konusunda daha az yetenekli olabileceğini gösterdiğini belirtiyor.

Lloyd, “Bu temel döngünün dengesini bozduk” dedi. “Bitkiler ve iklim yakından bağlantılıdır. Atmosferimizdeki karbondioksitin en büyük kısmı fotosentetik organizmalar tarafından çekilmektedir. Bu, atmosferin bileşiminin büyük bir anahtarıdır, yani küçük değişikliklerin büyük bir etkisi vardır.”

Lloyd, ABD Enerji Bakanlığı'na göre bitkilerin şu anda her yıl insan faaliyetleri sonucu yayılan karbondioksitin tahmini olarak %25'ini emdiğini, ancak bu oranın gelecekte iklim ısındıkça, özellikle de su kıt hale geldikçe azalmasının muhtemel olduğunu açıkladı.

Lloyd, “İklim geleceğini düşündüğümüzde karbondioksitin artmasını bekliyoruz ki bu teoride bitkiler için iyi çünkü bunlar soludukları moleküller” dedi. “Ancak bazı ana akım modellerin hesaba katmadığı bir değiş-tokuş olacağını gösterdik. Dünya ısınacak, bu da bitkilerin karbondioksiti daha az çekebileceği anlamına geliyor.

Penn State araştırmacıları tarafından yönetilen bir ekip, küresel bir ağaç dokusu veri kümesini analiz ederek, ağaçlardaki fotosolunum oranının, özellikle suyun sınırlı olduğu sıcak iklimlerde iki kat daha yüksek olduğunu gösterdi. Appalachia'nın bu kısmı ve Vadi bölgesi gibi subtropikal iklimlerde bu tepki eşiğinin, ortalama gündüz sıcaklıkları yaklaşık 68 Fahrenheit dereceyi aştığında aşılmaya başladığını ve sıcaklıklar daha da arttıkça kötüleştiğini buldular. Kredi bilgileri: Warren Reed/Penn State

Araştırmada araştırmacılar, ahşabın bir kısmındaki metoksil grupları adı verilen belirli izotopların bolluğundaki varyasyonun, ağaçlardaki fotorespirasyonun izleyicisi olarak hareket ettiğini keşfettiler. Lloyd, izotopları farklı atom türleri olarak düşünebileceğinizi açıkladı. Tıpkı dondurmanın vanilyalı ve çikolatalı versiyonlarına sahip olabileceğiniz gibi, atomlar da kütlelerindeki farklılıklar nedeniyle kendilerine özgü “tatlara” sahip farklı izotoplara sahip olabilirler. Ekip, fotorespirasyondaki eğilimleri gözlemlemek için dünya çapında çeşitli iklim ve koşullardan alınan yaklaşık üç düzine ağaç örneğinden alınan ahşap numunelerindeki metoksil izotop “tat” seviyelerini inceledi. Örnekler arşivlerden geldi. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley1930'larda ve 1940'larda toplanan yüzlerce ahşap örneğini içeren.

Lloyd, “Veritabanı başlangıçta ormancılara dünyanın farklı yerlerindeki ağaçları nasıl tanıyacaklarını öğretmek için kullanıldı, bu yüzden onu, karbondioksiti ne kadar iyi absorbe ettiklerini görmek için bu ormanları yeniden yapılandırmak üzere yeniden tasarladık” dedi.

Şimdiye kadar, fotosolunum oranları yalnızca canlı bitkiler veya yapısal karbonhidratları koruyan iyi korunmuş ölü örnekler kullanılarak gerçek zamanlı olarak ölçülebiliyordu; bu da bitkilerin karbonu büyük ölçekte veya geçmişte tutma hızını araştırmanın neredeyse imkansız olduğu anlamına geliyor. . Lloyd açıkladı.

Geleceği anlamak için geçmişe bakmak

Ekip artık ahşap kullanarak fotosolunum oranını izlemeye yönelik bir yöntemi doğruladığına göre, bu yöntemin araştırmacılara ağaçların gelecekte ne kadar iyi “nefes alacağını” ve geçmiş iklimlerde nasıl performans gösterdiklerini tahmin etmek için bir araç sunabileceğini söyledi.

Atmosferdeki karbondioksit miktarı hızla artıyor; Göre, şimdiden son 3,6 milyon yılda herhangi bir zamanda olduğundan daha büyük. Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi. Lloyd, bu dönemin jeolojik zaman açısından nispeten yeni olduğunu açıkladı.

Ekip şimdi taşlaşmış ağaç kullanarak on milyonlarca yıl öncesine kadar uzanan eski geçmişteki fotosolunum oranlarını keşfetmeye çalışacak. Bu yöntemler, araştırmacıların bitki fotorespirasyonunun jeolojik zaman boyunca iklim üzerindeki değişen etkisine ilişkin mevcut hipotezleri açık bir şekilde test etmelerine olanak tanıyacaktır.

Lloyd, “Ben geçmişte çalışan bir jeologum” dedi. “Yani, eğer iklim bugünkünden çok farklıyken bu döngünün nasıl çalıştığına dair bu büyük sorularla ilgileniyorsak, canlı bitkileri kullanamayız. Ne tür bir yaşam tarzımızın ne olduğunu daha iyi anlamak için muhtemelen milyonlarca yıl geriye gitmemiz gerekiyor. gelecek şöyle görünecek.”

Referans: Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson tarafından yazılan “Ağaçlarda fotorespirasyona alternatif olarak ahşapta izotopik kümelenme” ve Daniel A. Stolper, 6 Kasım 2023, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Bu makalenin diğer yazarları Rebecca A. Stein ve Daniel A. Stolper ve Daniel E. Ibarra ve Todd E. Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden Dawson; Richard S. Barclay ve Scott L. Smithsonian Ulusal Doğa Tarihi Müzesi Kanadı ve Arkansas Üniversitesi'nden David W. Stahl.

Bu çalışma kısmen Aguron Enstitüsü, Hyssing-Simons Vakfı ve ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.