Klimaatverandering zorgt ervoor dat bomen moeite hebben om te 'ademen'

Bomen hebben moeite met het opslaan van warmtevasthoudende koolstofdioxide in warmere, drogere klimaten, wat betekent dat ze mogelijk niet langer dienen als een oplossing om de ecologische voetafdruk van de mensheid te compenseren terwijl de planeet blijft opwarmen, volgens een nieuwe door Penn State geleide studie. Onderzoekers.

“We ontdekten dat bomen in warmere, drogere klimaten hoesten in plaats van ademen”, zegt Max Lloyd, assistent-onderzoeksprofessor in de geowetenschappen aan Penn State en hoofdauteur van de studie die onlangs in het tijdschrift Science is gepubliceerd. Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen. “Ze stoten veel meer koolstofdioxide uit in de atmosfeer dan bomen in koelere, nattere omstandigheden.”

Via een proces FotosyntheseBomen verwijderen koolstofdioxide uit de atmosfeer om nieuwe groei te produceren. Onder stressvolle omstandigheden laten bomen echter koolstofdioxide vrij in de atmosfeer, een proces dat fotorespiratie wordt genoemd. Door een wereldwijde dataset van boomweefsel te analyseren, heeft het onderzoeksteam aangetoond dat de snelheid van fotorespiratie tot twee keer zo hoog is in warmere klimaten, vooral als het water beperkt is. Ze ontdekten dat de drempel voor deze reactie in subtropische klimaten begint te worden overschreden wanneer de gemiddelde dagtemperatuur ongeveer 68 graden overschrijdt. F Het wordt nog erger naarmate de temperatuur verder stijgt.

De complexe rol van planten bij klimaatadaptatie

De bevindingen bemoeilijken het algemene geloof over de rol van planten bij het helpen halen of gebruiken van koolstof uit de atmosfeer, waardoor nieuw inzicht ontstaat in hoe planten zich aanpassen aan de klimaatverandering. Belangrijker nog is dat de onderzoekers opmerken dat naarmate het klimaat warmer wordt, hun bevindingen aantonen dat planten mogelijk minder goed in staat zijn koolstofdioxide uit de atmosfeer te halen en de koolstof te absorberen die nodig is om de planeet te helpen afkoelen.

“We hebben deze fundamentele cyclus uit balans gebracht”, zei Lloyd. “Planten en klimaat zijn nauw met elkaar verbonden. De grootste aantrekkingskracht van koolstofdioxide uit onze atmosfeer wordt veroorzaakt door fotosynthetische organismen. Het is een grote sleutel tot de samenstelling van de atmosfeer, wat betekent dat kleine veranderingen een grote impact hebben.”

Lloyd legde uit dat planten volgens het Amerikaanse ministerie van Energie momenteel naar schatting 25% van de koolstofdioxide absorberen die jaarlijks door menselijke activiteiten wordt uitgestoten, maar dat dit percentage in de toekomst waarschijnlijk zal afnemen naarmate het klimaat warmer wordt, vooral als water schaars wordt.

“Als we nadenken over de toekomst van het klimaat, verwachten we dat de koolstofdioxide zal stijgen, wat in theorie goed is voor planten, omdat dat de moleculen zijn die ze inademen,” zei Lloyd. “Maar we hebben laten zien dat er een afweging zal zijn waar sommige reguliere modellen geen rekening mee houden: de wereld zal warmer worden, wat betekent dat planten minder goed in staat zullen zijn kooldioxide op te nemen.

Door een wereldwijde dataset van boomweefsel te analyseren, heeft een team onder leiding van onderzoekers van Penn State aangetoond dat de snelheid van fotorespiratie in bomen tot twee keer hoger is in warmere klimaten, vooral als het water beperkt is. Ze ontdekten dat de drempel voor deze reactie in subtropische klimaten, zoals dit deel van Appalachia en de Valley-regio, begint te worden overschreden wanneer de gemiddelde dagtemperatuur boven de 68 graden Fahrenheit komt en verergert naarmate de temperatuur verder stijgt. Krediet: Warren Reed/Penn State

In het onderzoek ontdekten de onderzoekers dat variatie in de overvloed aan bepaalde isotopen van een deel van het hout, methoxylgroepen genaamd, fungeert als een tracer van fotorespiratie in bomen. Lloyd legde uit dat je isotopen als verschillende soorten atomen kunt beschouwen. Net zoals je vanille- en chocoladeversies van ijs kunt hebben, kunnen atomen verschillende isotopen hebben die hun eigen unieke ‘smaken’ hebben vanwege verschillen in hun massa. Het team bestudeerde de “smaak”-niveaus van methoxylisotopen in houtmonsters van ongeveer drie dozijn boommonsters uit verschillende klimaten en omstandigheden over de hele wereld om trends in fotorespiratie waar te nemen. De monsters kwamen uit de archieven van Universiteit van California, Berkeleydat honderden houtmonsters bevat die in de jaren dertig en veertig zijn verzameld.

“De database werd oorspronkelijk gebruikt om boswachters te trainen in het herkennen van bomen uit verschillende plaatsen in de wereld, dus hebben we deze opnieuw gebruikt om deze bossen in wezen te reconstrueren om te zien hoe goed ze koolstofdioxide absorbeerden,” zei Lloyd.

Tot nu toe konden de snelheden van fotorespiratie alleen in realtime worden gemeten met behulp van levende planten of goed bewaarde dode exemplaren die structurele koolhydraten vasthielden. Dit betekent dat het vrijwel onmogelijk was om de snelheid te bestuderen waarmee planten op grote schaal of in het verleden koolstof vastleggen. . legde Lloyd uit.

Kijken naar het verleden om de toekomst te begrijpen

Nu het team een ​​methode heeft gevalideerd voor het monitoren van de snelheid van fotorespiratie met behulp van hout, zei hij dat de methode onderzoekers een hulpmiddel zou kunnen bieden om te voorspellen hoe goed bomen in de toekomst zullen “ademen” en hoe ze hebben gepresteerd in eerdere klimaten.

De hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer stijgt snel; Volgens de onderzoekers is het nu al groter dan ooit in de afgelopen 3,6 miljoen jaar nationale Oceanische en Atmosferische Administratie. Lloyd legde uit dat deze periode relatief recent is in de geologische tijd.

Het team zal nu proberen de snelheid van fotorespiratie in het verre verleden, tot tientallen miljoenen jaren geleden, te ontdekken met behulp van versteend hout. Met deze methoden kunnen onderzoekers bestaande hypothesen over de veranderende impact van fotorespiratie van planten op het klimaat in de loop van de geologische tijd expliciet testen.

'Ik ben een geoloog en heb in het verleden gewerkt,' zei Lloyd. ‘Dus als we geïnteresseerd zijn in deze grote vragen over hoe deze cyclus werkte toen het klimaat heel anders was dan nu, kunnen we geen levende planten gebruiken. We moeten waarschijnlijk miljoenen jaren teruggaan om beter te begrijpen wat onze de toekomst eruit zal zien.”

Referentie: “Isotopische clustering in hout als alternatief voor fotorespiratie in bomen” door Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson en Daniël A. . Stolper, 6 november 2023, Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Andere auteurs op dit artikel zijn Rebecca A. Stein en Daniel A. Stolper en Daniel E. Ibarra en Todd E. Dawson van de Universiteit van Californië, Berkeley; Richard s. Barclay en Scott L. Vleugel van het Smithsonian National Museum of Natural History, en David W. Stahl van de Universiteit van Arkansas.

Dit werk werd gedeeltelijk gefinancierd door het Aguron Institute, de Hyssing-Simons Foundation en de Amerikaanse National Science Foundation.