Il cambiamento climatico fa sì che gli alberi facciano fatica a “respirare”

Gli alberi lottano per sequestrare l’anidride carbonica che intrappola il calore nei climi più caldi e secchi, il che significa che potrebbero non servire più come soluzione per compensare l’impronta di carbonio dell’umanità mentre il pianeta continua a riscaldarsi, secondo un nuovo studio condotto dalla Penn State. Ricercatori.

“Abbiamo scoperto che gli alberi nei climi più caldi e secchi tossiscono invece di respirare”, ha affermato Max Lloyd, assistente ricercatore di geoscienze alla Penn State e autore principale dello studio recentemente pubblicato sulla rivista Science. Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze. “Rilasciano nell’atmosfera molta più anidride carbonica rispetto agli alberi in condizioni più fresche e umide”.

Attraverso un processo FotosintesiGli alberi rimuovono l’anidride carbonica dall’atmosfera per produrre nuova crescita. Tuttavia, in condizioni di stress, gli alberi rilasciano anidride carbonica nell’atmosfera, un processo chiamato fotorespirazione. Analizzando un set di dati globale del tessuto degli alberi, il gruppo di ricerca ha dimostrato che il tasso di fotorespirazione è fino a due volte superiore nei climi più caldi, soprattutto quando l’acqua è limitata. Hanno scoperto che la soglia per questa risposta nei climi subtropicali inizia a essere superata quando le temperature medie diurne superano circa 68 gradi. F La situazione peggiora man mano che le temperature aumentano ulteriormente.

Il complesso ruolo delle piante nell’adattamento climatico

I risultati complicano la credenza comune sul ruolo delle piante nel contribuire a estrarre o utilizzare il carbonio dall’atmosfera, fornendo nuove informazioni su come le piante si adattano ai cambiamenti climatici. Ancora più importante, i ricercatori notano che man mano che il clima si riscalda, i loro risultati mostrano che le piante potrebbero essere meno capaci di estrarre l’anidride carbonica dall’atmosfera e assorbire il carbonio necessario per aiutare il pianeta a raffreddarsi.

“Abbiamo sbilanciato questo ciclo fondamentale”, ha detto Lloyd. “Le piante e il clima sono strettamente collegati. La più grande attrazione di anidride carbonica dalla nostra atmosfera proviene da organismi fotosintetici. È una grande chiave per la composizione dell'atmosfera, il che significa che piccoli cambiamenti hanno un grande impatto.”

Lloyd ha spiegato che, secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, attualmente le piante assorbono circa il 25% dell’anidride carbonica emessa ogni anno dalle attività umane, ma questa percentuale è destinata a diminuire in futuro con il riscaldamento del clima, soprattutto se l’acqua scarseggia.

“Quando pensiamo al futuro del clima, ci aspettiamo un aumento del biossido di carbonio, il che in teoria è positivo per le piante perché quelle sono le molecole che respirano”, ha detto Lloyd. “Ma abbiamo dimostrato che ci sarà un compromesso di cui alcuni modelli tradizionali non tengono conto: il mondo diventerà più caldo, il che significa che le piante saranno meno in grado di assorbire anidride carbonica.

Analizzando un set di dati globale sui tessuti degli alberi, un team guidato da ricercatori della Penn State ha dimostrato che il tasso di fotorespirazione negli alberi è fino a due volte superiore nei climi più caldi, soprattutto quando l’acqua è limitata. Hanno scoperto che la soglia per questa risposta nei climi subtropicali, come questa parte della catena montuosa degli Appalachi e la regione della Valley, inizia a essere superata quando le temperature medie diurne superano circa 68 gradi Fahrenheit e peggiora quando le temperature aumentano ulteriormente. Credito: Warren Reed/Penn State

Nello studio, i ricercatori hanno scoperto che la variazione nell’abbondanza di alcuni isotopi di una parte del legno chiamata gruppi metossilici agisce come tracciante della fotorespirazione negli alberi. Lloyd spiegò che si può pensare agli isotopi come a diversi tipi di atomi. Proprio come potresti avere versioni del gelato alla vaniglia e al cioccolato, gli atomi possono avere isotopi diversi che hanno i loro “sapori” unici a causa delle differenze nelle loro masse. Il team ha studiato i livelli di “sapore” dell'isotopo metossilico in campioni di legno provenienti da circa tre dozzine di esemplari di alberi provenienti da una varietà di climi e condizioni in tutto il mondo per osservare le tendenze nella fotorespirazione. I campioni provenivano dagli archivi di Università della California, Berkeleyche contiene centinaia di campioni di legno raccolti negli anni '30 e '40.

“Il database è stato originariamente utilizzato per addestrare i forestali a riconoscere gli alberi provenienti da diversi luoghi in tutto il mondo, quindi lo abbiamo riproposto per ricostruire essenzialmente queste foreste e vedere quanto bene assorbivano l'anidride carbonica”, ha detto Lloyd.

Fino ad ora, i tassi di fotorespirazione potevano essere misurati in tempo reale solo utilizzando piante vive o esemplari morti ben conservati che trattenevano carboidrati strutturali, il che significa che era quasi impossibile studiare la velocità con cui le piante sequestrano carbonio su larga scala o in passato. . Lo spiegò Lloyd.

Guardare al passato per capire il futuro

Ora che il team ha convalidato un metodo per monitorare il tasso di fotorespirazione utilizzando il legno, ha affermato che il metodo potrebbe fornire ai ricercatori uno strumento per prevedere quanto bene gli alberi “respireranno” in futuro e come si sono comportati nei climi passati.

La quantità di anidride carbonica nell’atmosfera sta aumentando rapidamente; Secondo i dati, è già più grande che mai negli ultimi 3,6 milioni di anni Amministrazione nazionale oceanica e atmosferica. Lloyd ha spiegato che questo periodo è relativamente recente in termini geologici.

Il team lavorerà ora per scoprire i tassi di fotorespirazione nel passato antico, fino a decine di milioni di anni fa, utilizzando legno pietrificato. Questi metodi consentiranno ai ricercatori di testare esplicitamente le ipotesi esistenti riguardanti il ​​cambiamento dell'impatto della fotorespirazione delle piante sul clima nel corso del tempo geologico.

“Sono un geologo, lavoro nel passato”, ha detto Lloyd. “Quindi, se siamo interessati a queste grandi domande su come funzionava questo ciclo quando il clima era molto diverso da quello di oggi, non possiamo usare piante viventi. Probabilmente dobbiamo tornare indietro di milioni di anni per capire meglio cosa significano le nostre piante.” sarà il futuro.”

Riferimento: “Clustering isotopico nel legno come alternativa alla fotorespirazione negli alberi” di Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson e Daniele A. . Stolper, 6 novembre 2023, Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Altri autori di questo articolo sono Rebecca A. Stein e Daniel A. Stolper e Daniel E. Ibarra e Todd E. Dawson dell'Università della California, Berkeley; Riccardo S. Barclay e Scott L. Ala del Museo Nazionale di Storia Naturale Smithsonian e David W. Stahl dell'Università dell'Arkansas.

Questo lavoro è stato finanziato in parte dall’Aguron Institute, dalla Hyssing-Simons Foundation e dalla US National Science Foundation.