Der Klimawandel lässt Bäume kaum „atmen“

Laut einer neuen, von der Penn State University durchgeführten Studie haben Bäume in wärmeren, trockeneren Klimazonen Schwierigkeiten, das Kohlendioxid zu binden, das Wärme speichert. Das bedeutet, dass sie möglicherweise nicht länger als Lösung zum Ausgleich des CO2-Fußabdrucks der Menschheit dienen, wenn sich der Planet weiter erwärmt. Forscher.

„Wir haben herausgefunden, dass Bäume in wärmeren, trockeneren Klimazonen husten statt atmen“, sagte Max Lloyd, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Penn State University und Hauptautor der kürzlich in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. „Sie geben unter kühleren, feuchteren Bedingungen viel mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre ab als Bäume.“

Durch einen Prozess PhotosyntheseBäume entziehen der Atmosphäre Kohlendioxid, um neues Wachstum zu erzeugen. Unter Stressbedingungen geben Bäume jedoch Kohlendioxid an die Atmosphäre ab, ein Vorgang, der Photorespiration genannt wird. Durch die Analyse eines globalen Datensatzes von Baumgewebe zeigte das Forschungsteam, dass die Photorespirationsrate in wärmeren Klimazonen, insbesondere wenn das Wasser begrenzt ist, bis zu doppelt so hoch ist. Sie fanden heraus, dass die Schwelle für diese Reaktion in subtropischen Klimazonen überschritten wird, wenn die durchschnittlichen Tagestemperaturen etwa 68 Grad überschreiten. F Es wird schlimmer, je weiter die Temperaturen steigen.

Die komplexe Rolle von Pflanzen bei der Klimaanpassung

Die Ergebnisse erschweren die allgemeine Annahme über die Rolle von Pflanzen bei der Gewinnung oder Nutzung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre und liefern neue Erkenntnisse darüber, wie sich Pflanzen an den Klimawandel anpassen. Noch wichtiger ist, dass die Forscher feststellen, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass Pflanzen mit zunehmender Klimaerwärmung möglicherweise weniger in der Lage sind, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu ziehen und den Kohlenstoff zu absorbieren, der zur Abkühlung des Planeten erforderlich ist.

„Wir haben diesen grundlegenden Zyklus aus dem Gleichgewicht gebracht“, sagte Lloyd. „Pflanzen und Klima sind eng miteinander verbunden. Der größte Teil des Kohlendioxids aus unserer Atmosphäre wird von photosynthetischen Organismen entnommen. Es ist ein wichtiger Schlüssel zur Zusammensetzung der Atmosphäre, was bedeutet, dass kleine Veränderungen große Auswirkungen haben.“

Lloyd erklärte, dass Pflanzen nach Angaben des US-Energieministeriums derzeit schätzungsweise 25 % des durch menschliche Aktivitäten pro Jahr ausgestoßenen Kohlendioxids absorbieren, dieser Prozentsatz jedoch in Zukunft wahrscheinlich sinken wird, wenn sich das Klima erwärmt, insbesondere wenn das Wasser knapp wird.

„Wenn wir über die Zukunft des Klimas nachdenken, erwarten wir einen Anstieg des Kohlendioxids, was theoretisch gut für Pflanzen ist, denn das sind die Moleküle, die sie atmen“, sagte Lloyd. „Aber wir haben gezeigt, dass es einen Kompromiss geben wird, den einige Mainstream-Modelle nicht berücksichtigen: Die Welt wird wärmer, was bedeutet, dass Pflanzen weniger Kohlendioxid aufnehmen können.

Durch die Analyse eines globalen Datensatzes von Baumgewebe zeigte ein von Forschern der Penn State geleitetes Team, dass die Photorespirationsrate von Bäumen in wärmeren Klimazonen, insbesondere wenn das Wasser knapp ist, bis zu doppelt so hoch ist. Sie fanden heraus, dass die Schwelle für diese Reaktion in subtropischen Klimazonen, wie diesem Teil der Appalachen und der Valley-Region, überschritten wird, wenn die durchschnittlichen Tagestemperaturen etwa 68 Grad Fahrenheit überschreiten, und sich mit weiterem Temperaturanstieg verschlimmert. Bildnachweis: Warren Reed/Penn State

In der Studie entdeckten die Forscher, dass Variationen in der Häufigkeit bestimmter Isotope eines Teils des Holzes, sogenannte Methoxylgruppen, als Indikator für die Photorespiration in Bäumen wirken. Lloyd erklärte, dass man sich Isotope als verschiedene Arten von Atomen vorstellen kann. So wie Sie vielleicht Vanille- und Schokoladen-Eiscreme haben, können Atome unterschiedliche Isotope haben, die aufgrund ihrer Massenunterschiede ihren eigenen einzigartigen „Geschmack“ haben. Das Team untersuchte den „Geschmack“ der Methoxylisotope in Holzproben von etwa drei Dutzend Baumexemplaren aus verschiedenen Klimazonen und Bedingungen auf der ganzen Welt, um Trends bei der Photorespiration zu beobachten. Die Proben stammten aus den Archiven von Universität von Kalifornien, Berkeleydas Hunderte von Holzproben enthält, die in den 1930er und 1940er Jahren gesammelt wurden.

„Die Datenbank wurde ursprünglich verwendet, um Förstern beizubringen, Bäume an verschiedenen Orten auf der Welt zu erkennen. Deshalb haben wir sie umfunktioniert, um diese Wälder im Wesentlichen zu rekonstruieren und zu sehen, wie gut sie Kohlendioxid absorbiert haben“, sagte Lloyd.

Bisher konnten die Photorespirationsraten nur in Echtzeit an lebenden Pflanzen oder gut erhaltenen toten Exemplaren gemessen werden, die strukturelle Kohlenhydrate enthielten. Das bedeutet, dass es nahezu unmöglich war, die Geschwindigkeit zu untersuchen, mit der Pflanzen Kohlenstoff in großem Maßstab oder in der Vergangenheit binden . Lloyd erklärte.

In die Vergangenheit blicken, um die Zukunft zu verstehen

Nachdem das Team nun eine Methode zur Überwachung der Photorespirationsrate bei Holz validiert hat, sagte er, dass die Methode Forschern ein Werkzeug zur Verfügung stellen könnte, um vorherzusagen, wie gut Bäume in Zukunft „atmen“ werden und wie sie sich in früheren Klimazonen verhalten haben.

Die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre steigt rapide an; Demnach ist es bereits jetzt größer als jemals zuvor in den letzten 3,6 Millionen Jahren Nationale ozeanische und atmosphärische Verwaltung. Lloyd erklärte, dass dieser Zeitraum in der geologischen Zeit relativ neu sei.

Das Team wird nun daran arbeiten, mithilfe von versteinertem Holz die Photorespirationsraten in der Antike, bis zu mehreren zehn Millionen Jahren, zu ermitteln. Diese Methoden werden es Forschern ermöglichen, bestehende Hypothesen bezüglich der sich ändernden Auswirkungen der Photorespiration von Pflanzen auf das Klima im Laufe der geologischen Zeit explizit zu testen.

„Ich bin Geologe und habe in der Vergangenheit gearbeitet“, sagte Lloyd. „Wenn wir uns also für diese großen Fragen darüber interessieren, wie dieser Zyklus funktionierte, als das Klima ganz anders war als heute, können wir keine lebenden Pflanzen verwenden. Wir müssen wahrscheinlich Millionen von Jahren zurückgehen, um besser zu verstehen, was unsere.“ wie die Zukunft aussehen wird.“

Referenz: „Isotopic Clustering in Wood as an Alternative to Photorespiration in Trees“ von Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson und Daniel A. . Stolper, 6. November 2023, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Weitere Autoren in diesem Artikel sind Rebecca A. Stein und Daniel A. Stolper und Daniel E. Ibarra und Todd E. Dawson von der University of California, Berkeley; Richard S. Barclay und Scott L. Flügel des Smithsonian National Museum of Natural History und David W. Stahl von der University of Arkansas.

Diese Arbeit wurde teilweise vom Aguron Institute, der Hyssing-Simons Foundation und der US National Science Foundation finanziert.