Фотосинтез у тропіках може припинитися через підвищення температури

Часто кажуть, що ліси – це легені Землі. Високі дерева тягнуться до неба в пошуках сонячного світла, всмоктуючи воду з коріння та вуглекислий газ через листя для фотосинтезу.

Як і будь-яка хімічна реакція, цей обмін елементами найкраще відбувається в оптимальному температурному діапазоні, за межами якого фотосинтетичний механізм дерева може вийти з ладу.

Нове дослідження, що поєднує вимірювання деревного покрову та глобальні супутникові дані, показало, що невелика частина листя в тропічних лісах, можливо, досягає своєї верхньої межі в умовах зростання глобальної температури.

“Це дослідження показує, що існують місця і часи, коли листя тропічних лісів перевищує критичні температурні пороги”, – говорить старший автор і тропічний еколог Грегорі Голдсміт з Університету Чепмена в Каліфорнії.

Дослідження показують, що тропічні дерева можуть продовжувати фотосинтез в середньому до 46,7 °C (116 °F). Але світ нагрівається нерівномірно, як і лісові пологи. За словами Голдсміта, термостійкість варіюється від виду до виду і популяції, і, можливо, навіть у межах листя одного і того ж дерева.

Щоб зрозуміти, чи наближається листя до температури, яка є занадто високою для фотосинтезу, команда на чолі з еко-інформатиком з Університету Північної Арізони Крістофером Доуті взяла дані з датчика НАСА ECOSTRESS, який вимірює температуру поверхні землі, коли він пролітає навколо Землі на борту Міжнародної космічної станції.

Супутникові вимірювання, зроблені між 2018 і 2020 роками, були підтверджені даними з датчиків, встановлених на вежах, які реєструють температуру у верхніх пологах п’яти лісових масивів у Бразилії, Пуерто-Ріко, Панамі та Австралії.

“Щоб зрозуміти температуру верхніх пологів тропічних лісів, потрібні як наземні, так і супутникові спостереження, – пояснює Голдсміт, – адже для температури листя важливі не середні значення, а екстремальні”.

Аналіз показав, що під час посушливих періодів температура листя в середньому сягала близько 34 °C, хоча на деяких листках вона перевищувала 40 °C (104 °F). Невелика частина всього листя – близько 0,01 відсотка – перевищувала критичну температуру принаймні один раз за сезон.

“Хоча екстремальні температури трапляються нечасто, вони можуть мати катастрофічний вплив на фізіологію листка і можуть розглядатися як малоймовірна подія з високим рівнем впливу”, – пишуть дослідники у своїй роботі.

Виходячи з того, що ми знаємо про фізіологію рослин, дерева можуть закривати бобовидні пори на своєму листі, які називаються продихами, щоб зберегти воду при підвищенні температури. Однак це може призвести до того, що листя піддасться впливу згубних температур, оскільки воно більше не зможе охолоджуватися через транспірацію.

Під час посухи, коли ґрунти пересихають, спека може посилюватися для дерев, що зазнають водного стресу, оскільки вологість ґрунту також впливає на температуру листя в кроні.

“Вірите чи ні, але ми не знаємо дуже багато про те, чому гинуть дерева, – каже Голдсміт. Наше розуміння інтерактивного впливу спеки і посухи, води і температури є особливо слабким, додає він.

Щоб змоделювати майбутні умови, команда змоделювала реакцію тропічного лісу на підвищення температури і періодичні посухи, використовуючи дані трьох експериментів з потепління, в яких температурні датчики були прикріплені до окремих листків у верхніх частинах лісових насаджень.

Модель спрощує динаміку лісу за допомогою безлічі припущень, але, тим не менш, симуляції показують, що до 1,4 відсотка листя верхніх дерев можуть стати занадто гарячими для фотосинтезу за майбутніх сценаріїв потепління.

Якщо потепління перевищить 3,9 °C, що можливо за найгірших сценаріїв, може бути спекотніше, ніж можуть витримати ліси. Листя і дерева потенційно можуть почати відмирати, що призведе до величезних втрат цих важливих сховищ вуглецю.

Однак дослідники підкреслюють, що їхні результати мають значний ступінь невизначеності, а це означає, що ми ще можемо встигнути вжити заходів, зменшити викиди та стримати вирубку лісів, щоб захистити тропічні ліси.

“У наших силах вирішити долю цих критично важливих сфер вуглецю, води та біорізноманіття”, – підсумовують вони.