Тропические леса могут оказаться более устойчивыми к прогнозируемому повышению температуры при глобальном изменении климата, чем считалось ранее, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Plants. Результаты могут помочь сделать модели прогнозирования климата более точными, по мнению авторов - международной группы, возглавляемой учеными с факультета экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны..
Группа изучила данные о среде обитания в тропических лесах в биосфере 2 штата Аризона и сравнила их с измерениями, сделанными в естественных тропических лесах. Из-за того, что тропический лес в Биосфере 2 находится под стеклянным куполом, он, возможно, является самым жарким тропическим лесом в мире, где температура достигает 40 градусов по Цельсию, что примерно на 6 градусов выше максимальных температур, наблюдаемых в настоящее время в естественных тропических лесах и в диапазон того, что ученые ожидают от них в 2100 году, при отсутствии серьезного смягчения последствий изменения климата.
В Биосфере 2, когда эффекты потепления и высыхания были разделены, авторы наблюдали, что, как и в естественных лесах, фотосинтез снижался по мере высыхания воздуха, но когда воздух был влажным, деревья продолжали устойчиво фотосинтезировать. при все более высоких температурах, вплоть до 38 C.
«Ни одно из предыдущих исследований тропических лесов не рассматривало изменения температуры намного больше, чем то, что они испытывают сегодня», - сказал Скотт Салеска, профессор кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны и старший автор статьи. «Биосфера 2 дала нам уникальную возможность посмотреть, что может произойти, когда эти леса подвергнутся полному воздействию глобального потепления».
Ведущий автор статьи, Мариэль Смит, научный сотрудник с докторской степенью в Университете штата Мичиган, которая занималась исследованием, когда она была докторантом в лаборатории Салески в Университете Аризоны, отметила, что «предыдущие исследования показывают, что тропические леса уже приближаются к предел того, что они могут выдержать с точки зрения температуры, вызывая беспокойство по поводу последствий будущего потепления."
Но когда мы посмотрели на тропический лес в Биосфере 2, мы увидели, что при некоторых условиях деревья функционировали намного выше температур, которые в настоящее время считаются пределом, и даже выше, чем те, которые прогнозируются для бассейна Амазонки. к 2100 году», - сказала она.
Смит и ее соавторы хотели знать почему. Биологам давно известно, что способность растений активно проводить фотосинтез или превращать углекислый газ и воду в биомолекулы с помощью солнечного света снижается при превышении определенного температурного порога. Однако причина этого ограничения не всегда ясна.
Это связано с тем, что при повышении температуры относительная влажность снижается, и фотосинтез может снизиться из-за повышения температуры, снижения содержания воды или того и другого. Подобно сборочной линии на фабрике, где на производительность может повлиять нехватка материалов, поступающих в производственный процесс, или чрезмерно жаркая рабочая среда, напрямую влияющая на физическую работоспособность рабочих, производительность лесов может быть ограничена нехваткой сырья. материалы - в данном случае водяной пар или влажность воздуха - или высокие температуры, наносящие ущерб самому биохимическому механизму.
Понимание причины упадка фотосинтеза при более высоких температурах важно, потому что, хотя последний механизм - прямая восприимчивость к температуре - подразумевает, что тропические леса очень уязвимы к будущим тенденциям потепления, первый указывает на некоторую степень устойчивости, особенно при будущих повышенных уровнях углекислого газа.
Проблема в том, что в естественном мире более высокие температуры и более низкое содержание воды почти всегда идут рука об руку, поэтому их эффекты не могут быть легко разделены. Однако в Биосфере 2 климат можно регулировать способами, невозможными в естественном мире.
«Замкнутая среда в Биосфере 2 позволила нам поддерживать высокую влажность, несмотря на высокие температуры, добавляя водяной пар через туман и улавливая влагу внутри стеклянного корпуса, чего не произошло бы в естественном тропическом лесу», - Смит. объяснил.
Это открытие можно понять с точки зрения основного поведения растений: когда в воздухе меньше влаги, растения реагируют, ограничивая раскрытие своих устьиц - микроскопически маленьких отверстий в листьях - чтобы поглощать углекислый газ, один сырья для синтеза. Чем дольше устьица остаются открытыми, тем больше углекислого газа может попасть в лист, но за это приходится платить: чем суше воздух, окружающий растение, тем больше воды уходит через отверстия, заставляя растение находить баланс между поглощением углерода и потеря воды.
Снижение продуктивности фотосинтеза, которое наблюдалось в предыдущих исследованиях перед лицом более высоких температур, вероятно, связано с тем, что растения ограничивают время, в течение которого они держат свои устьица открытыми при столкновении с более сухим воздухом, чтобы сохранить воду. Это, в свою очередь, ограничивает количество углекислого газа, которое может попасть в лист, что может быть причиной снижения продуктивности фотосинтеза, а не альтернативного сценария, при котором тепло напрямую повреждает фотосинтетический аппарат..
Чтобы оценить чувствительность тропических лесов к будущему потеплению, авторы сравнили реакцию фотосинтеза на высокие температуры в тропических лесах Биосферы 2 с реакцией естественных тропических лесов в Мексике и бразильской Амазонии. Так называемые башни с вихревыми потоками, достигающие почти 200 футов в высоту, что выше, чем полог леса, позволяют исследователям измерять обмен углекислым газом между лесами и атмосферой..
«Башня потока позволяет нам измерять обмен углекислым газом между лесами и атмосферой, который мы использовали для расчета общего фотосинтеза леса», - сказал Смит. «Когда мы очень внимательно посмотрели на данные башни потока, мы могли сказать, что это был тот же самый механизм, который вызывал снижение фотосинтеза в реальном мире в теплые периоды, что и в Биосфере 2; это было снижение содержания водяного пара, а не увеличение температура."
«Мы интерпретируем эти результаты так, что в присутствии высокой влажности устьица в листьях могут оставаться открытыми дольше, не теряя столько воды», - сказал Тайен Тейлор, соавтор статьи и научный сотрудник с докторской степенью. в Мичиганском университете.
Авторы обсуждают, как повышенное содержание углекислого газа в атмосфере может иметь тот же эффект, потому что, когда доступно больше углекислого газа, растения также могут сократить время открытия устьиц, тем самым ограничивая потерю воды.
Авторы отмечают, что, хотя их результаты показывают, что тропические леса могут быть более устойчивыми к будущему потеплению, чем считалось ранее, это не означает, что тропические леса не уязвимы к будущему изменению климата, поскольку фотосинтез - не единственный аспект здоровья леса.
«Например, размножение может быть затронуто независимо, рост может быть затронут независимо, восприимчивость травоядных и патогенов может увеличиться», - сказал Смит. «Есть много других причин не говорить «тропические леса не в лесу».
Авторы указали, что леса Амазонки сталкиваются с большими угрозами из-за пожаров, вырубки лесов и разрушения среды обитания, и хотя исследование может указывать на некоторую устойчивость к потеплению, «это вряд ли означает, что эти леса безопасны, любой Безопасно больше, чем снижение скорости при проезде на красный свет», - сказала Салеска.
Мы уже движемся глубоко в опасную зону тропических лесов, и если мы не исправим наши пути, с точки зрения сокращения как выбросов ископаемого топлива, так и особенно крупномасштабных пожаров и увеличения темпов обезлесения, судьба эти леса действительно будут мрачными», - сказал он.«Напротив, это исследование подразумевает хорошие новости о том, что у нас все еще может быть шанс, если мы будем действовать сейчас, спасти эти ценные тропические леса».