Исследователи во главе с Институтом океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего определили, что за последние 40 лет в поведении растений произошли серьезные изменения, используя измерения тонких изменений в углекислом газе (CO 2) в настоящее время находится в атмосфере.
Двумя основными изотопами или атомными формами углерода являются углерод-12 (12C) и углерод-13 (13C). Поскольку CO2 вырос с конца 19 века, отношение 13C к 12C в атмосферном CO2 уменьшилось. Отчасти это связано с тем, что CO2, образующийся при сгорании ископаемого топлива, имеет низкое соотношение 13C/12C. Однако в природе есть и другие факторы, влияющие на скорость уменьшения изотопного отношения. Измеренная скорость уменьшения изотопного отношения оказывается другой, чем ожидали ученые ранее.
Команда под руководством Скриппса обновила записи об изотопных соотношениях CO2, которые были сделаны в Скриппсе с 1978 года с использованием проб воздуха, собранных в Мауна-Лоа на Гавайях и на Южном полюсе. Исследователи подтвердили, что расхождение существует, и рассмотрели несколько его причин. Они пришли к выводу, что никакая комбинация факторов не может правдоподобно объяснить изменения в соотношении изотопов CO2, если поведение растений не меняется таким образом, что это влияет на то, сколько воды требуется растениям для роста.
Работа помогает понять детали того, как листья реагируют на изменения в CO2До этого исследования уже было ясно, что растения ведут себя по-разному, когда они подвергаются воздействию более высоких уровней CO2 в атмосфере, потому что CO2 влияет на поведение устьица, микроскопические отверстия в листьях, которые позволяют листу поглощать CO2 Эти отверстия также позволяют воде испаряться из листа, который должен пополняться водой, подаваемой к корням, чтобы избежать высыхания. вне. С большим количеством CO2 в атмосфере растение может позволить себе иметь меньшие или меньшие устьица, что позволяет увеличить фотосинтез при том же количестве воды.
Но точно измерить, насколько растения стали более эффективно использовать воду, было непросто. Это исследование представляет собой новый метод измерения этого эффекта, потому что по мере того, как лист становится более эффективным в использовании воды, это также влияет на то, как он поглощает различные изотопы углерода в CO2 Когда этот фактор включенное в качестве переменной, соотношение двух форм CO2 гораздо больше соответствует ожиданиям. Национальный научный фонд, Министерство энергетики, НАСА и Фонд стратегических инноваций Эрика и Венди Шмидт поддержали исследование «Атмосферные доказательства глобального векового увеличения дискриминации изотопов углерода при фотосинтезе земли», опубликованное 11 сентября. выпуск журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследование поддерживает давнюю гипотезу, выдвинутую биологами растений, согласно которой растения будут достигать оптимальной реакции на повышение уровня CO2 в атмосфере.
"Эта оптимальная модель предсказывает почти пропорциональный масштаб между эффективностью водопользования и CO2", - сказал ведущий автор исследования и ученый Scripps Ральф Килинг, который также поддерживает всемирно известную Набор данных кривой Килинга, измеряющий атмосферный CO2 с 1958 года. «Оптимальное или близкое к оптимальному поведение было обнаружено в небольших исследованиях отдельных растений, но эта статья является первой, в которой показано, что это может быть очевидным. в масштабах всей планеты."
Увеличение эффективности фотосинтеза, задокументированное в этом исследовании, вероятно, помогло растениям компенсировать часть антропогенного изменения климата, удаляя из атмосферы больше CO2, чем они могли бы иначе.
«Однако полные последствия все еще далеки от ясности, и любые выгоды могут быть более чем компенсированы другими негативными изменениями, такими как волны тепла и экстремальные погодные условия, утрата биоразнообразия, повышение уровня моря и так далее», - сказал Килинг.