فتوسنتز ممکن است در مناطق استوایی با افزایش دما با شکست مواجه شود

اغلب گفته می شود که جنگل ها ریه های زمین هستند. درختان بلند به سمت آسمان کشیده می شوند تا نور خورشید را بیابند، آب را از ریشه خود می مکند و دی اکسید کربن را از طریق برگ های خود به داخل می کشند تا فتوسنتز کنند.

مانند هر واکنش شیمیایی، این تبادل عنصری در محدوده دمایی بهینه که خارج از آن دستگاه فتوسنتزی درخت می تواند شکسته شود، بهترین عملکرد را دارد.

با افزایش دمای جهانی، یک مطالعه جدید که ترکیبی از اندازه گیری های تاج پوش درختان و داده های ماهواره ای جهانی است، نشان می دهد که بخش کوچکی از برگ های تاجپوشش در جنگل های استوایی ممکن است به حد بالایی خود رسیده باشند.

گرگوری گلداسمیت، نویسنده ارشد و بوم شناس استوایی از دانشگاه چپمن در کالیفرنیا می گوید:«این مطالعه نشان میدهد که زمان ها و مکان هایی وجود دارد که برگ های جنگل های استوایی از آستانه دمای بحرانی خود فراتر میروند.»

تحقیقات نشان میدهد که درختان استوایی می توانند به طور متوسط 46.7 درجه سانتیگراد (116 درجه فارنهایت) فتوسنتز کنند. اما جهان به طور یکنواخت گرم نمی شود و سایبان های جنگلی نیز گرم نمی شوند. گلداسمیت می گوید که تحمل گرما میان گونه ها و جمعیت ها و احتمالا حتی در برگ های یک درخت متفاوت است.

برای درک اینکه آیا برخی از برگ ها به دمای بیش از حد گرم به فتوسنتز نزدیک می شوند، تیمی به رهبری کریستوفر داوتی، متخصص اطلاعات الکترونیکی دانشگاه آریزونا شمالی، داده هایی را از حسگر ناسا استخراج کردند که دمای سطح زمین را هنگام چرخش در اطراف زمین در ایستگاه فضایی بین المللی اندازه گیری می کند.

اندازه گیری ماهواره ای که بین سال های 2018 و 2020 انجام شد، با داده های حسگر های نصب شده در برج که دما را در سایبان های بالایی پنج سایت جنگلی در برزیل، پورتوریکو، پاناما و استرالیا ثبت می کنند، تایید شد.

گلداسمیت توضیح می دهد:« شما برای درک دمای این سایبان های جنگل های استوایی به مشاهدات زمینی و ماهواره ای نیاز دارید، زیرا برای دمای برگ ها میانگین ها مهم نیستند بلکه افراطی هستند.»

تجزیه و تحلیل نشان داد که دمای تاج پوشش به طور متوسط در طول دوره های خشک حدود 34 درجه سانتیگراد به اوج خود رسید، اگرچه برخی از برگ ها از 40 درجه سانتیگراد (104 فارنهایت) فراتر رفتند. بخش کوچکی از همه برگ ها-حدود 0.01 درصد- حداقل یکبار در فصل از دمای بحرانی فراتر رفتند.

محققان در مقاله خود می نویسند:« اگرچه به ندرت، وقوع دماهای شدید ممکن است تاثیر فاجعه باری بر فیزیولوژی برگ داشته باشد و ممکن است به عنوان رویدادی با احتمال کم و تاثیر زیاد در نظر گرفته شود، بر اساس آنچه از فیزیولوژی گیاهان میدانیم، درختان ممکن است منافذ لوبیایی شکل روی برگ های خود را که روزنه نامیده می شوند، ببندند تا با افزایش دما، آب را حفظ کنند. با این حال انجام این کار ممکن است برگ ها را در معرض دماهای مضر قرار دهد زیرا برگ ها دیگر نمی توانند از طریق تعرق خنک شوند.»

در زمان خشکسالی که خاک خشک می شود، گرما ممکن است برای درختان تحت تنش آب تشدید شود زیرا رطوبت خاک بر دمای تاج برگ نیز تاثیر می گذارد.

گلداسمیت می گوید:«باور کنید یا نه، ما چیزهای وحشتناکی درباره علت مرگ درختان نمیدانیم.» او اضافه می کند که:«درک ما از اثرات متقابل گرما و خشکسالی، آب و دما بسیار ناچیز است»

برای شبیه سازی شرایط آینده، تیم پاسخ ها، جنگل های استوایی را به دماهای گرم تر و خشکسالی های دوره ای با استفاده از داده های سه آزمایش گرمایشی که در آنها حسگرهای دما بر روی برگ های سایبان های بالای جنگل چسبانده شده بودند، مدل سازی کردند.

این مدل دینامیک جنگل را با مفروضات متعددی ساده می کند، اما با این وجود، شبیه سازی ها نشان می دهد که تا 1.4 درصد از برگ های تاج پوشش بالایی ممکن است در سناریو های گرمایش آینده برای فتوسنتز خیلی داغ شوند. اگر گرمایش بیش از 3.9 درجه سانتیگراد باشد که در بدترین سناریو ممکن است، احتمال دارد گرم تر از آن باشد که جنگل ها تحمل کنند. برگ ها و درختان به طور بالقوه می توانند شروع به از بین رفتن کنند و این امر باعث از دست دادن هنگفتی از این ذخایر مهم کربن شوند.

بااین حال محققان تاکید می کنند که میزان قابل توجهی از عدم قطعیت در نتایج آنها وجود دارد. به این معنی که ممکن است هنوز زمان لازم برای اقدام، کاهش انتشار گاز های گلخانه ای و مهار جنگل زدایی برای محافظت از جنگل های استوایی داشته باشیم.

آنها نتیجه می گیرند:«هنوز در اختیار ماست که درباره سرنوشت این حوزه های حیاتی کربن، آب و تنوع زیستی تصمیم گیری کنیم.»

این مقاله در Nature منتشر شده است.