Фотосинтез — основа всего живого на Земле. Современные измерительные инструменты позволяют определить, как изменение климата влияет на способность растений перерабатывать энергию солнечного света.
Ракеш Тивари, постдок на факультете экологии и генетики в университете Уппсалы, хочет понять, как виды и экосистемы будут функционировать в будущем.
В ботаническом саду есть тропический дождевой лес Tropical Greenhouse, в котором с крон деревьев и листьев гигантских пальм капает влага. Это место сильно отличается от холодной, ветреной и дождливой Упсалы.
Рядом с кустом гибискуса Тивари установил современный прибор — инфракрасный анализатор парниковых газов. Он похож на продолговатый микроскоп на подставке и используется для измерения фотосинтеза. Тивари может брать этот портативный прибор с собой и анализировать реакцию фотосинтеза на различные условия окружающей среды для растений. Например, он может менять температуру и уровень освещенности и измерять их влияние на скорость фотосинтеза.
Тивари берет лист гибискуса и помещает его в прибор, который имитирует условия экстремального тепла и солнечного излучения. Лист улавливает энергию света и с помощью углекислого газа и воды производит глюкозу и кислород.
Этот эксперимент показывает работу, которую Тивари обычно проводит в тропических лесах, например, в Пуэрто-Рико.
С помощью анализатора фотосинтеза можно измерить интенсивность света, концентрацию углекислого газа в воздухе и температуру — параметры, которые важны для работы фотосинтеза. Это позволяет лучше понять, как растения реагируют на изменение климата.
Фотосинтез разрушается
Исследователи, включая Тивари, заметили снижение эффективности фотосинтеза в тропиках.
Во время учебы в Лидском университете Тивари участвовал в исследовательском проекте в Амазонии в 2017 году. Они изучали, как повышение температуры влияет на работу тропических лесов.
С помощью флуорометра ученые отслеживали разрушение фотосистем и выявили четкую закономерность: деревья в одном из самых жарких мест Амазонки уже сталкиваются с температурными условиями, которые могут повлиять на их механизм фотосинтеза.
Некоторые виды растений работают на пределе своей жароустойчивости.
Тивари отметил, что эффективность фотосинтеза большинства растений Земли составляет не более 5%.
Это связано с фотодыханием — побочной реакцией, которая происходит, когда фермент рубиско связывает кислород вместо углекислого газа. Чувствительность растений к температуре может зависеть от того, насколько сильно они подвержены фотодыханию.
У растений есть маленькие отверстия в листьях, устьица, которые регулируют поглощение углекислого газа и водообмен. В жару они закрываются, чтобы сохранить воду, но это также замедляет фотосинтез. А у некоторых деревьев утсьица открываются в жару, чтобы охладить листья за счет испарения влаги.
Способность накапливать углерод снижается
Тивари приехал из Лидса, чтобы стать постдоком в исследовательской группе Боба Маскареллы в Уппсальском университете. Он изучает фотосинтез и его механизмы в лесах.
Оказалось, что тропические виды по-разному реагируют на температуру. Также Тивари исследует влияние изменения климата на леса умеренной зоны в Швеции. Это сотрудничество со Шведским университетом сельскохозяйственных наук в Уппсале.
Такое понимание поможет разработать более эффективные проекты по лесовосстановлению. Например, мы сможем понять, как леса будут функционировать в будущем, и адаптировать стратегии по их сохранению и облесению.
Призыв к природоохранной перспективе
Тивари считает, что для защиты окружающей среды недостаточно просто посадить деревья. Необходимо сохранить уже существующие природные системы.
Он отмечает, что зрелый лес не просто улавливает углерод, но и поддерживает биоразнообразие, регулирует водные потоки и служит средой обитания для множества видов.
С 21 октября по 1 ноября в Кали (Колумбия) проходит конференция ООН по биоразнообразию COP16. Тивари надеется, что представленные решения будут направлены на обеспечение устойчивости и сохранение природы.
Если мы потеряем биоразнообразие и лесные экосистемы, то лишимся лучшей естественной системы улавливания углерода. Возможно, когда-нибудь появятся технологии, способные удалять углекислый газ из атмосферы, но чем больше мы полагаемся на искусственные решения, тем больший ущерб рискуем нанести планете. Мы не можем позволить себе рисковать.
