Rośliny odgrywają kluczową rolę w regulacji klimatu na Ziemi, pochłaniając dwutlenek węgla podczas fotosyntezy. Jednak nowe badania wskazują, że ich wpływ na atmosferę jest bardziej złożony, niż dotychczas sądzono. Według badań zespołu kierowanego przez dr Seana Michaletza z University of British Columbia, rośliny mogą emitować znacznie więcej wody do atmosfery niż wcześniej przypuszczano, co może mieć istotne konsekwencje dla prognoz klimatycznych.
Rośliny “przeciekają” – jak to możliwe?
Dotychczas zakładano, że rośliny tracą wodę głównie przez aparaty szparkowe – małe pory na powierzchni liści, które zamykają się w ekstremalnych temperaturach, by ograniczyć utratę wody. Jednak zespół dr Michaletza odkrył, że przy wysokich temperaturach rośliny tracą wodę również przez kutykulę – woskową warstwę na liściach, która nie posiada mechanizmu zamykania. Co więcej, im cieńsza kutykula, tym większa utrata wody.
Czytaj też: Rośliny ostrzegają się nawzajem przed niebezpieczeństwem. Poznaliśmy ich sekretny język
Utrata wody przez kutykulę ma poważne skutki dla fotosyntezy – procesu, w którym rośliny przekształcają dwutlenek węgla w tlen i glukozę. W ekstremalnych temperaturach rośliny nie są w stanie skutecznie pobierać dwutlenku węgla, co ogranicza ich zdolność do fotosyntezy. To oznacza, że zamiast działać jako pochłaniacze węgla, mogą one stać się jego źródłem, co przyspieszy globalne ocieplenie.
Jeśli rośliny przestaną efektywnie pochłaniać dwutlenek węgla, globalny cykl węgla i wody zostanie zaburzony. Dr Michaletz wylicza, że średniej wielkości liść wystawiony na temperaturę 50oC może stracić ok. 1/3 łyżeczki wody dziennie przez kutykulę. W skali globalnej może to znacząco wpłynąć na bilans wodny i węglowy Ziemi.
Z badań dr Michaletza wynika, że fotosynteza u roślin zaczyna się załamywać w temperaturach od 40 do 51oC. Podczas fali upałów w 2021 r. w Vancouver temperatura osiągnęła 49,6oC, co stanowiło ekstremalne wyzwanie dla lokalnej flory. Naukowcy przewidują, że górny limit odporności na temperaturę dla większości roślin wynosi około 60oC – powyżej tej wartości białka ulegają denaturacji, co prowadzi do uszkodzenia komórek i śmierci rośliny.
Kluczowym zagadnieniem pozostaje określenie tzw. punktu krytycznego, w którym globalna roślinność zacznie emitować więcej dwutlenku węgla niż pochłaniać. Wstępne szacunki wskazują, że może to nastąpić przy średnich globalnych temperaturach około 30oC. To niepokojące, biorąc pod uwagę, że obecna średnia globalna temperatura wynosi już 16oC i nadal rośnie.
Dr Michaletz zdobywał doświadczenie jako pracownik naukowy w projekcie Biosfera 2 – ogromnej, zamkniętej kopule symulującej ekosystem Ziemi. Początkowo miała ona być samowystarczalnym systemem podtrzymującym życie, jednak eksperyment napotkał liczne problemy, m.in. nagromadzenie dwutlenku węgla spowodowane tężeniem betonu. W eksperymentalnym lesie deszczowym Biosfery 2 Michaletz badał wpływ wysokich temperatur na rośliny, co pomogło mu zrozumieć, jak globalne ocieplenie wpłynie na biosferę.
Wyniki badań opisane w czasopiśmie New Phytologist rzucają nowe światło na rolę roślin w cyklu węgla i wody. Wskazują na konieczność aktualizacji istniejących modeli klimatycznych, które mogą niedoszacowywać wpływu ekstremalnych temperatur na globalne ocieplenie. Naukowcy muszą teraz dokładniej zbadać, jak różne gatunki roślin radzą sobie z ekstremalnymi temperaturami oraz w jaki sposób mikroklimaty i dostępność wody wpływają na ich zdolność do fotosyntezy.
