تظهر الأبحاث الحديثة التي أجرتها ولاية بنسلفانيا أن الأشجار في البيئات الحارة والجافة تكافح من أجل امتصاص ثاني أكسيد الكربون، مما يضر بقدرتها على تحمل تغير المناخ. في ظل هذه الظروف، التي تتحدى أداء الأشجار كمصارف كربون طبيعية في عالم يزداد حرارة، تسلط الدراسة الضوء على زيادة في عملية التمثيل الضوئي، وهي العملية التي تطلق من خلالها الأشجار المجهدة ثاني أكسيد الكربون. الائتمان: SciTechDaily.com

تكافح الأشجار لعزل ثاني أكسيد الكربون الذي يحبس الحرارة في المناخات الحارة والجافة، وفقًا لدراسة جديدة أجرتها ولاية بنسلفانيا. الباحثين.

وقال ماكس لويد، أستاذ أبحاث مساعد في علوم الأرض في ولاية بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة مؤخرا: “لقد وجدنا أن الأشجار في المناخات الحارة والجافة تسعل بدلا من التنفس”. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. “إنها ترسل المزيد من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي أكثر من الأشجار في ظروف أكثر برودة ورطوبة.”

من خلال هذه العملية البناء الضوئيتقوم الأشجار بإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي لخلق نمو جديد. ومع ذلك، في ظل الظروف العصيبة، تطلق الأشجار ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى إلى الغلاف الجوي، وهي عملية تعرف باسم التمثيل الضوئي. ومن خلال تحليل مجموعة بيانات عالمية من أنسجة الأشجار، أثبت فريق البحث أن معدل التمثيل الضوئي يتضاعف في المناخات الأكثر دفئًا، خاصة عندما تكون المياه شحيحة. ووجدوا أن عتبة هذه الاستجابة تبدأ في المناخات شبه الاستوائية عندما يتجاوز متوسط ​​درجات الحرارة أثناء النهار حوالي 68 درجة. فهرنهايت ويزداد الأمر سوءًا مع ارتفاع درجة الحرارة.

الدور المعقد للنباتات في التكيف مع المناخ

تتحدى النتائج الاعتقاد السائد على نطاق واسع حول دور النباتات في المساعدة على سحب أو استخدام الكربون من الغلاف الجوي، مما يوفر نظرة جديدة حول كيفية تكيف النباتات مع تغير المناخ. والأهم من ذلك، لاحظ الباحثون أن النتائج التي توصلوا إليها تظهر أنه مع ارتفاع درجة حرارة المناخ، ستكون النباتات أقل قدرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وامتصاص الكربون اللازم لتبريد الكوكب.

وقال لويد: “لقد أخرجنا هذه الدورة الأساسية من التوازن”. “النباتات والمناخ مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. أكبر مصدر لثاني أكسيد الكربون من غلافنا الجوي هو الكائنات الحية التي تقوم بالتمثيل الضوئي. إنها فقاعة كبيرة في تكوين الغلاف الجوي، لذا فإن التغييرات الصغيرة لها تأثيرات كبيرة.

وأوضح لويد أنه بحسب وزارة الطاقة الأميركية، تمتص النباتات حاليا نحو 25% من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الأنشطة البشرية كل عام، لكن من المرجح أن تنخفض هذه النسبة مستقبلا مع ارتفاع حرارة المناخ، خاصة في حال شح المياه.

وقال لويد: “عندما نفكر في مستقبل المناخ، نتوقع أن يزيد ثاني أكسيد الكربون، وهو أمر جيد من الناحية النظرية للنباتات لأنها تتنفس الجزيئات”. “لكننا أظهرنا أنه ستكون هناك مقايضة لا تأخذها بعض النماذج السائدة بعين الاعتبار. سوف ترتفع درجة حرارة العالم، مما يعني أن النباتات ستكون أقل قدرة على تقليل ثاني أكسيد الكربون.

ومن خلال تحليل مجموعة بيانات عالمية لأنسجة الأشجار، أثبت فريق بقيادة باحثين من ولاية بنسلفانيا أن معدل التمثيل الضوئي في الأشجار يتضاعف في المناخات الأكثر دفئًا، خاصة عندما تكون المياه شحيحة. في المناخات شبه الاستوائية مثل هذا الجزء من منطقة أبالاتشي ريدج ووادي، تبدأ قضمة الصقيع عندما يتجاوز متوسط ​​درجات الحرارة أثناء النهار حوالي 68 درجة فهرنهايت وتتفاقم مع ارتفاع درجات الحرارة أكثر. الائتمان: وارن ريد / ولاية بنسلفانيا

وفي الدراسة، اكتشف الباحثون أن الاختلافات في وفرة نظائر معينة لجزء من الخشب يسمى مجموعات الميثوكسيل تعمل كتتبع لعملية التمثيل الضوئي في الأشجار. وأوضح لويد أنه يمكنك التفكير في النظائر كأنواع من الذرات. مثلما توجد نسخ من الآيس كريم بالفانيليا والشوكولاتة، يمكن أن تحتوي الذرات على نظائر مختلفة لها “نكهاتها” الفريدة بسبب اختلافات كتلتها. وقام الفريق بفحص مستويات “نكهة” الميثوكسيل للنظائر في عينات خشبية لنحو ثلاثين شجرة من مختلف المناخات والظروف حول العالم. جاءت العينات من الأرشيف جامعة كاليفورنيا، بيركلييحتوي على مئات العينات الخشبية التي تم جمعها في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين.

وقال لويد: “تم استخدام قاعدة البيانات في الأصل لتدريب الغابات على كيفية التعرف على الأشجار في أجزاء مختلفة من العالم، لذلك قمنا بإعادة بنائها لإعادة بناء هذه الغابات لمعرفة مدى امتصاصها لثاني أكسيد الكربون”.

حتى الآن، لا يمكن قياس معدلات التنفس الضوئي في الوقت الفعلي إلا باستخدام النباتات الحية أو العينات الميتة المحفوظة جيدًا والتي احتفظت بالكربوهيدرات الهيكلية. وأوضح لويد.

نحن ننظر إلى الماضي لنفهم المستقبل

والآن بعد أن أثبت الفريق صحة طريقة لمراقبة معدلات التمثيل الضوئي باستخدام الخشب، فإن هذه الطريقة يمكن أن تمنح الباحثين أداة للتنبؤ بمدى جودة “تنفس” الأشجار في المستقبل وكيفية أدائها في المناخات الماضية.

تتزايد كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسرعة؛ وهذا هو الأعلى على الإطلاق خلال 3.6 مليون سنة الماضية الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي. وأوضح لويد أن تلك الفترة حديثة نسبيا في الزمن الجيولوجي.

وسيعمل الفريق الآن على تتبع معدلات التنفس الضوئي في الماضي القديم، باستخدام الخشب المتحجر، منذ عشرات الآلاف من السنين. ستسمح هذه الأساليب للباحثين باختبار الفرضيات الموجودة حول التأثير المتغير لعملية التمثيل الضوئي للنبات على المناخ عبر الزمن الجيولوجي.

قال لويد: “أنا جغرافي وأعمل في الماضي”. “لذا، إذا كنا مهتمين بهذه الأسئلة الكبيرة حول كيفية عمل هذه الدورة عندما كان المناخ مختلفًا تمامًا عما هو عليه اليوم، فلا يمكننا استخدام النباتات التي نعيش فيها. علينا أن نعود ملايين السنين لفهم مستقبلنا بشكل أفضل. سيكون مثل.

المرجع: ماكس ك. لويد، ريبيكا أ. ستاين، دانييل إي. إيبارا، ريتشارد س. باركلي، سكوت ل. وينج، ديفيد دبليو. ستال، تود إي. “التكتل النظائري في الخشب كبديل للتنفس الضوئي في الأشجار” بقلم داوسون ودانيال أ. ستولبر، 6 نوفمبر 2023، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2306736120

من بين المؤلفين الآخرين في المقال ريبيكا أ. شتاين، دانيال أ. ستولبر، دانييل إي. إيبارا وتود إي. من جامعة كاليفورنيا، بيركلي. داوسون. ريتشارد س. سكوت ل. وينج من متحف باركليز وسميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي، وديفيد دبليو من جامعة أركنساس.

تم تمويل هذا العمل من قبل معهد Aguron، ومؤسسة Heising-Simons، ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية.