Изменение климата приводит к тому, что субарктическая тундра нагревается в два раза быстрее, чем в среднем по миру, и это потепление ускоряет активность растительной жизни. Исследователи из Университета Копенгагена, Дания, и Центра им. Гельмгольца в Мюнхене, Германия, теперь выяснили, как это потепление влияет на экосистему тундры и происхождение повышенного количества летучих соединений, выбрасываемых из тундры.
Стелющиеся кустарники и пышные мхи тундры источают аромат, состоящий из сложной смеси летучих органических соединений (ЛОС). ЛОС - это газы, в состав которых входят тысячи природных химических веществ, в том числе ароматизаторы эфирных масел. ЛОС защищают растительные клетки от стрессов окружающей среды, но они также являются химическими посредниками и функционируют как «язык» между растениями и животными. Высвобождая ЛОС, растения могут напрямую отталкивать и привлекать насекомых или предупреждать соседние растения о надвигающихся опасностях, таких как заражение насекомыми.
Полевые исследования под руководством копенгагенской группы показали, что повышение температуры всего на несколько градусов удваивает или утраивает количество летучих органических соединений, высвобождаемых растительностью тундры. До сих пор не было известно, является ли эта «газовая бомба» просто следствием связанного с температурой высвобождения испаряющихся эфирных масел, хранящихся в тканях растений, или в растениях стимулируется ферментативный синтез ЛОС.
- «Наши новые результаты показывают, что доля выбросов ЛОС в результате прямого биосинтеза значительно увеличивается с глобальным потеплением. Это приводит к сдвигу в составе и количестве высвобождаемых ЛОС в сторону более реакционноспособных углеводородов», - говорит профессор Риикка Риннан. из Копенгагенского университета.
Команда Риннана собрала большое количество мини-экосистем - блоков тундры, включая естественно растущие растения и почву под ними на глубину 10 см - и доставила их на уникальную фитотронную установку в Центре Гельмгольца в Мюнхене, Германия.. На объекте есть одни из лучших климатических камер для имитации естественной среды, которые можно использовать для экспериментов с различными климатическими сценариями. Экосистемы мини-тундры затем культивировались в условиях нынешнего или смоделированного будущего арктического климата с одновременным мониторингом высвобождаемых летучих веществ. Для изучения процессов, происходящих в растениях и экосистеме, мини-экосистемы подвергались воздействию манипулируемого воздуха, в котором СО2, поглощаемый растениями в процессе фотосинтеза, метили изотопами, чтобы его можно было проследить.
- «13C - это встречающийся в природе стабильный изотоп углерода. Подкармливая растения повышенным содержанием 13C-меченого CO2, мы можем проследить судьбу атмосферного углекислого газа. Мы смоделировали будущий климат и проследили выброс CO2 из атмосферы в субарктическую экосистему», - говорит первый автор исследования, доктор Андреа Гирардо, из фитотронной установки в Мюнхене.
В этих условиях исследователи могли следить за углеродом. Они искали, где меченый углерод оказался в различных тканях растений, в почве, микроорганизмах и высвобожденных ЛОС. Когда растения используют CO2 для синтеза определенных летучих органических соединений, они наблюдали появление 13C в высвобожденных летучих органических соединениях. Таким образом, они смогли отличить вновь синтезированные летучие органические соединения от тех летучих органических соединений, которые просто испарились из складских структур в растениях или образовались в почве..
Включение изотопов углерода в ткани и почву помогает исследователям понять, где экосистема распределяет недавно зафиксированный углерод, и позволяет количественно определить поглощенный из атмосферы углерод. Когда это делается в климатических камерах в контролируемых условиях окружающей среды, это дает некоторые четкие кусочки головоломки того, что произойдет в арктических экосистемах в будущем.