Zdaniem badacza fotosynteza jest zagrożona w coraz cieplejszym świecie

Podstawą całego życia na Ziemi jest fotosynteza. A co się stanie, jeśli zostanie zakłócony? Obecnie zaawansowane narzędzia pomiarowe mogą ujawnić, jak zmiany klimatyczne wpływają na zdolność roślin do przetwarzania energii słonecznej.

„Chcę zrozumieć, jak gatunki i ekosystemy mogą funkcjonować w przyszłości” – mówi Rakesh Tiwari, badacz ze stopniem doktora i stypendystka Birgitta Sintring na Wydziale Ekologii i Genetyki.

W lesie deszczowym Tropical Greenhouse w ogrodzie botanicznym wilgoć kapie z ogromnych koron drzew i gigantycznych liści palmowych. Kontrast z zimną, wietrzną i deszczową Uppsalą na zewnątrz nie mógł być większy. Obok krzaka hibiskusa Tiwari umieściła zaawansowany instrument, który wygląda jak podłużny mikroskop na stojaku. Okazuje się, że jest to analizator gazów cieplarnianych na podczerwień, używany głównie do pomiaru fotosyntezy poprzez manipulowanie warunkami środowiskowymi liścia.

„Ponieważ jest to instrument przenośny, mogę go zabrać w różne miejsca i analizować reakcję fotosyntezy roślin na różne warunki środowiskowe. Mogę na przykład zmieniać temperaturę i poziom oświetlenia oraz mierzyć, jak wpływa to na tempo fotosyntezy” – mówi Tiwari.

Bierze gałąź i ostrożnie umieszcza liść hibiskusa w komorze na liście instrumentu. Aktywowana jest wiązka światła, która świeci przez liść, naśladując warunki, jakich doświadcza roślina podczas ekstremalnego ciepła i promieniowania słonecznego. Liść wychwytuje energię, która następnie wykorzystuje dwutlenek węgla i wodę do przekształcenia jej w glukozę i tlen.

Demonstracja z użyciem analizatora fotosyntezy ilustruje pracę zwykle wykonywaną przez Tiwari w lasach tropikalnych, takich jak te w Puerto Rico.

„Te wyspecjalizowane instrumenty pozwalają nam mierzyć interakcję natężenia światła, stężenia dwutlenku węgla w powietrzu i temperatury – parametrów kluczowych dla przebiegu fotosyntezy. W ten sposób możemy uzyskać głębszy wgląd w to, jak rośliny mogą reagować na bodźce zmieniający się klimat.”

Fotosynteza załamuje się

To, co on i inni badacze zaobserwowali w naturalnym środowisku tropikalnym, to wyraźna degradacja wydajności fotosyntezy. Podczas studiów na Uniwersytecie w Leeds Tiwari w 2017 r. wziął udział w projekcie badawczym w Amazonii, którego celem było sprawdzenie, w jaki sposób rosnące temperatury zagrażają funkcjonowaniu lasów deszczowych.

„Użyliśmy podobnego fluorometru do monitorowania, kiedy fotosystemy zaczęły się rozpadać. Zobaczyliśmy wyraźny wzór. Drzewa w jednym z najgorętszych miejsc w Amazonii już doświadczają warunków temperaturowych, które mogą wpływać na ich mechanizmy fotosyntezy”.

W rzeczywistości zespół badawczy odkrył, że niektóre gatunki roślin osiągnęły granicę swojej tolerancji na ciepło.

„Szczególnie niepokojące było to, że w okresach szczególnie gorących i suchych tempo fotosyntezy spadło do jednego z najniższych poziomów odnotowanych w lasach tropikalnych”.

Według Tiwari wydajność fotosyntezy większości roślin na Ziemi spada do maksymalnie 5%, co stanowi ogromne marnotrawstwo potencjalnej energii. Jedną z największych przyczyn tej nieefektywności jest fotooddychanie. Jest to reakcja uboczna, która zachodzi, gdy enzym rubisco, odpowiedzialny za wychwytywanie dwutlenku węgla, zamiast tego wiąże tlen. To, jak różne gatunki roślin różnią się pod względem fotooddychania, może określić ich wrażliwość na temperaturę.

„Innym czynnikiem są małe otwory, czyli aparaty szparkowe, w liściach rośliny, które regulują wchłanianie dwutlenku węgla i wymianę wody. W ekstremalnych temperaturach mogą się zamykać, aby oszczędzać wodę. Jest to strategia przetrwania, ale zmniejsza również tempo fotosyntezy. na niektórych drzewach aparaty szparkowe otwierają się w wyższych temperaturach, aby wykorzystać chłodzenie wyparne jako mechanizm chłodzenia liści” – wyjaśnia Tiwari.

Zdolność do magazynowania węgla maleje

Minął rok, odkąd Tiwari przyjechała z Leeds, aby objąć stanowisko postdoktora w grupie badawczej Boba Muscarelli na Uniwersytecie w Uppsali. Bada tam wysokotemperaturowe strategie fotosyntezy i jej mechanizmy w lasach. Wstępne ustalenia grupy badawczej wykazały, że wrażliwość na temperaturę fotooddychania jest różna u różnych gatunków tropikalnych.

W ramach projektu Tiwari przygląda się także wpływowi zmiany klimatu na lasy strefy umiarkowanej w Szwecji, w tym we współpracy ze Szwedzkim Uniwersytetem Nauk Rolniczych w Uppsali.

„Konsekwencją takiego zrozumienia mogą być lepiej poinformowane projekty ponownego zalesiania. Możemy na przykład zrozumieć, w jaki sposób roślinność może funkcjonować w cieplejszej przyszłości i jak możemy dostosować nasze przyszłe strategie ochrony i zalesiania”.

Apel o perspektywę konserwatorską

Jednak samo sadzenie drzew nie wystarczy – dodaje Tiwari. Najlepszym sposobem ochrony środowiska jest zachowanie istniejących systemów naturalnych.

„Nie jesteśmy w stanie odtworzyć złożoności dojrzałego lasu. Zajmuje się on czymś więcej niż tylko wychwytywaniem dwutlenku węgla; wspiera różnorodność biologiczną, reguluje przepływ wody i zapewnia siedliska niezliczonym gatunkom”.

Od 21 października do 1 listopada odbędzie się konferencja ONZ na temat różnorodności biologicznej COP16 odbywa się w Cali w Kolumbii. Tiwari ma nadzieję, że wyróżnione rozwiązania będą skupiać się na zrównoważonym rozwoju, ochronie i myśleniu długoterminowym.

„Jeśli stracimy różnorodność biologiczną i ekosystemy leśne, stracimy najlepszy na planecie naturalny system wychwytywania dwutlenku węgla. Być może pewnego dnia pojawią się technologie, które będą w stanie usunąć dwutlenek węgla z atmosfery, ale im bardziej będziemy polegać na sztucznych rozwiązaniach, tym większe ryzyko spowodujemy szkody. planety. To ryzyko, na które nie możemy sobie pozwolić”.