В недавнем исследовании, опубликованном в журнале New Phytologist, учёные из Мичиганского государственного университета выяснили, как деревья в пологе амазонских лесов справляются с интенсивным солнечным светом, который они поглощают. Исследование демонстрирует устойчивость этих деревьев к жарким и сухим условиям в лесном пологе, а также предлагает способ значительно улучшить мониторинг состояния полога в условиях растущей экстремальности.
Основные выводы исследования
Исследование под руководством докторанта Леонардо Зиккарди и доцента Скотта Старка из Департамента лесного хозяйства МСУ показывает, как тропические деревья действуют как гигантские солнечные антенны — поглощая огромные количества световой энергии, которую необходимо тщательно регулировать. Когда деревья поглощают больше энергии, чем могут использовать для фотосинтеза, она должна быть безопасно рассеяна либо в виде тепла, либо повторно испущена в виде света — этот процесс называется флуоресценцией хлорофилла.
Методы и результаты
Зиккарди провёл более четырёх лет, лазая по деревьям высотой почти 200 футов в центральной Амазонке, измеряя судьбу поглощённых фотонов в тысячах листьев разных видов, на разной высоте полога и в разных условиях освещённости. Это позволило создать уникальный и беспрецедентный набор данных.
Используя революционный портативный прибор — MultispeQ, разработанный в лаборатории исследований растений МСУ-DOE Дэвидом Крамером, Зиккарди зафиксировал, как листья в естественных условиях уравновешивают поступающий свет со своей способностью к фотосинтезу или рассеиванию избыточной энергии.
Значение результатов
Результаты исследования предлагают впервые в своём роде взгляд высокого разрешения на то, как полог Амазонки ориентируется в сезонных экстремальных условиях. По мере того как Амазонка испытывает растущий стресс из-за парниковых газов и вырубки лесов, что приводит к более жарким и сухим условиям в пологе, понимание того, как деревья управляют световой энергией, имеет важное значение для прогнозирования их выживания в будущем.
Влияние климатических изменений
Климатические изменения не только приводят к большему физиологическому стрессу из-за более частых экстремальных условий, связанных с пониженной доступностью почвенной воды и сухим и жарким воздухом, но и могут увеличить количество солнечного света, попадающего в лес. Это происходит потому, что в более сухих условиях меньше облаков, и солнечный свет проникает сильнее.
Несмотря на интенсивный солнечный свет и атмосферную сухость, многие листья полога смогли продолжить фотосинтез, но только за счёт увеличения выделения энергии на пути её рассеивания. Впервые в Амазонке исследование выявило детализированную трёхфазную реакцию листьев на повышение освещённости и засушливые условия.
При низком и умеренном освещении листья балансируют использование энергии между фотосинтезом и флуоресценцией, поэтому эти процессы имеют тенденцию к увеличению и уменьшению вместе. Однако по мере увеличения светового и засушливого стресса этот баланс нарушается. Механизмы термозащиты рассеиваются, фотосинтез падает, а флуоресценция может резко возрасти — сигнализируя о потенциальном повреждении фотосинтетического механизма.
Важность для мониторинга здоровья лесов
Результаты важны для учёных, использующих спутниковые наблюдения флуоресценции — так называемой солнечной флуоресценции, или SIF, — для мониторинга здоровья лесов Амазонки. Хотя SIF часто используется как косвенный показатель фотосинтеза, это исследование показывает, что фотосинтез и флуоресценция не всегда увеличиваются и уменьшаются вместе. В условиях высокой освещённости и стресса эта взаимосвязь нарушается, и листья могут флуоресцировать сильнее, даже когда их фотосинтетический механизм снижается, что может привести к переоценке продуктивности экосистемы во время засух.
Предоставлено Мичиганским государственным университетом.