Деревья с трудом поглощают углекислый газ (CO2) в более теплом и сухом климате, что означает, что они больше не могут служить решением проблемы компенсации углеродного следа человечества по мере дальнейшего потепления на планете, говорится в исследовании, проведенном учеными штата Пенсильвания.
«Мы обнаружили, что деревья в более теплом и сухом климате, по сути, кашляют вместо того, чтобы дышать. Они отправляют обратно в атмосферу гораздо больше CO2, чем деревья в более прохладных и влажных условиях», – говорит Макс Ллойд, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
В процессе фотосинтеза деревья извлекают CO2 из атмосферы. Однако в стрессовых условиях растения выделяют CO2 обратно в атмосферу – этот процесс называется фотодыханием. Проанализировав глобальный набор данных о тканях деревьев, команда ученых показала, что скорость фотодыхания в 2 раза выше в более теплом климате, особенно при недостатке воды. Было обнаружено, что порог такой реакции в субтропическом климате начинает преодолеваться, когда средняя дневная температура превышает примерно 20 градусов по Цельсию.
Полученные результаты усложняют широко распространенное мнение о роли растений в поглощении или использовании углерода из атмосферы и позволяют по-новому взглянуть на то, как растения могут адаптироваться к изменению климата. Важно отметить, что по мере потепления климата, растения могут быть менее способны извлекать CO2 из атмосферы и усваивать углерод, необходимый для охлаждения планеты.
«Мы нарушили этот важнейший цикл. Растения и климат неразрывно связаны между собой. Больше всего CO2 из нашей атмосферы забирают фотосинтезирующие организмы. Это большой регулятор состава атмосферы, поэтому небольшие изменения оказывают большое влияние», – сказал Ллойд.
По данным Министерства энергетики США, в настоящее время растения поглощают около 25% CO2, ежегодно выбрасываемого в атмосферу в результате деятельности человека, но в будущем, по мере потепления климата, этот процент уменьшится, особенно если воды станет меньше.
В ходе исследования ученые обнаружили, что изменения в изобилии определенных изотопов части древесины, называемой метоксильными группами, служат индикатором фотодыхания. Изотопы можно рассматривать как разновидности атомов. Точно так же, как существуют ванильная и шоколадная версии мороженого, атомы могут иметь различные изотопы со своим уникальным «вкусом», обусловленным изменениями в их массе. Команда исследовала уровни метоксильного изотопа в образцах древесины около 30 деревьев из разных климатических условий по всему миру, чтобы проследить тенденции в фотодыхании.
До сих пор скорость фотодыхания можно было измерить в реальном времени только на живых растениях или мертвых экземплярах, в которых сохранились структурные углеводы, а это означало, что изучить скорость поглощения углерода растениями в масштабе или в прошлом было практически невозможно.
Теперь, когда команда подтвердила возможность наблюдения за скоростью фотодыхания с помощью древесины, этот метод может дать инструмент для прогнозирования того, насколько хорошо деревья смогут дышать в будущем, и как они вели себя в прошлых климатических условиях.
Количество углекислого газа в атмосфере быстро растет. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, оно уже больше, чем когда-либо за последние 3,6 миллиона лет. Но этот период в геологическом времени наступил сравнительно недавно.
Теперь команда будет работать над изучением скорости фотодыхания в древнем прошлом, вплоть до десятков миллионов лет назад, используя окаменевшую древесину, что позволит проверить существующие гипотезы об изменении влияния фотодыхания растений на климат в течение геологического времени.
«Я геолог, я работаю в прошлом, поэтому, если нас интересуют большие вопросы о том, как этот цикл работал, когда климат был совсем другим, чем сегодня, мы не можем использовать живые растения. Возможно, нам придется вернуться на миллионы лет назад, чтобы лучше понять, как может выглядеть наше будущее», – заключил Ллойд.
