Понимание того, как углекислый газ (CO₂) перемещается в экосистемы и выходит из них в ответ на повышение глобальной температуры, является важной частью прогнозирования изменений климата Земли в будущем.
Учёные давно предполагали, что глобальное потепление приведёт к тому, что растения будут увеличивать количество CO₂, которое они выделяют в атмосферу в процессе дыхания. Это, в свою очередь, вызовет ещё большее потепление в рамках положительной обратной связи, что ускорит изменение климата.
«Это, вероятно, верно, но последнее исследование показывает, что потоки углерода в условиях потепления климата в будущем не увеличатся настолько, насколько считалось ранее», — говорит профессор Ян Райт, главный научный сотрудник Института окружающей среды Хоккенбери при Университете Западного Сиднея и соавтор нового исследования, в котором изучалась адаптация дыхания растений к повышению глобальной температуры.
Дыхание — это критический процесс, при котором растения используют глюкозу, полученную в результате фотосинтеза, для производства клеточной энергии, которая питает рост и другие клеточные функции. Однако в качестве побочного продукта также выделяется CO₂.
Дыхание их древесных стеблей является основным фактором, влияющим на годовой «поток» углерода на Земле — скорость, с которой CO₂ добавляется в атмосферу или удаляется из неё.
«Краткосрочные изменения скорости дыхания растений, обусловленные температурой, измеряются в секундах, минутах и часах», — говорит Райт. «Из-за быстродействующих ферментативных процессов в тканях растений изменения в дыхании растений происходят очень быстро и предсказуемо».
В краткосрочной перспективе дыхание растений резко возрастает, потому что дыхательные ферменты имеют более высокую каталитическую активность при более высоких температурах.
«Это контрастирует с долгосрочными изменениями скорости дыхания, обусловленными температурой, которые измеряются в месяцах, годах и десятилетиях», — говорит Райт. «Большинство глобальных моделей экосистем в прошлом предполагали, что такое же краткосрочное поведение растений также применимо и в более долгосрочной перспективе».
Но новое исследование показывает, что это не так.
Исследователи предсказали, что скорость дыхания в тканях древесных стеблей будет отличаться от дыхания в листьях.
Стебли транспортируют воду, поглощённую корнями, к кроне, чтобы заменить воду, потерянную в результате испарения. Вода становится менее вязкой при повышении температуры, поэтому исследователи предположили, что на транспортировку воды будет затрачиваться меньше энергии, что приведёт к снижению скорости дыхания стеблевых тканей.
Команда оценила, как дыхание стеблей реагирует на изменение температуры, используя новый Глобальный набор данных о дыхании стеблей, который включает данные о 187 видах, собранных на 68 полевых участках, охватывающих все климатические зоны.
Эти измерения показали значительное снижение дыхания стеблей в ответ на повышение температуры во всех точках мира.
Для выявления механизмов, контролирующих это различное дыхание в стеблях и листьях растений, потребуются дополнительные эксперименты.
Но моделирование показывает, что количество CO₂, выделяемого деревьями при дыхании, не увеличится так резко, как предполагалось ранее. Предыдущие модели переоценивали дыхание стеблей.
Исследование, опубликованное в журнале Science, имеет большое значение, говорит Райт, поскольку в будущем климате ожидаются более частые и интенсивные явления, такие как жара, пожары, засухи и наводнения.
«Мы уже наблюдаем это как в Австралии, так и во всём мире», — отмечает он. «Однако новые данные показывают, что в какой-то степени экосистемы по всему миру замедлят тенденции одного из ключевых факторов этих изменений — повышения уровня CO₂ в атмосфере».