Forscher haben herausgefunden, dass Bäume bei der Klimaerwärmung Schwierigkeiten haben zu „atmen“.

Laut einer neuen Studie der Penn State University haben Bäume in wärmeren, trockeneren Klimazonen Schwierigkeiten, das Kohlendioxid (CO2) zu binden, das Wärme speichert. Das bedeutet, dass sie möglicherweise nicht länger als Lösung zum Ausgleich des CO2-Fußabdrucks der Menschheit dienen, wenn sich der Planet weiter erwärmt Forscher.

„Wir haben herausgefunden, dass Bäume in wärmeren, trockeneren Klimazonen im Wesentlichen husten statt atmen“, sagte kürzlich Max Lloyd, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Penn State University und Hauptautor der Studie veröffentlicht In Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. „Sie schicken viel mehr CO2 direkt zurück in die Atmosphäre als Bäume unter kühleren, feuchteren Bedingungen.“

Durch den Prozess der Photosynthese entziehen Bäume der Atmosphäre CO2, um neues Wachstum zu erzeugen. Unter Stressbedingungen geben Bäume jedoch CO2 wieder an die Atmosphäre ab, ein Prozess, der Photorespiration genannt wird. Mit einer Analyse eines globalen Datensatzes von Baumgewebe zeigte das Forscherteam, dass die Photorespirationsrate in wärmeren Klimazonen, insbesondere wenn das Wasser begrenzt ist, bis zu doppelt so hoch ist.

Sie fanden heraus, dass die Schwelle für diese Reaktion in subtropischen Klimazonen überschritten wird, wenn die durchschnittlichen Tagestemperaturen etwa 68 Grad Fahrenheit überschreiten, und sich mit weiterem Temperaturanstieg verschlimmert.

Die Ergebnisse erschweren die weit verbreitete Annahme, dass Pflanzen dabei helfen, Kohlenstoff aus der Atmosphäre abzubauen oder zu nutzen, und liefern neue Erkenntnisse darüber, wie sich Pflanzen an den Klimawandel anpassen könnten. Wichtig ist, dass die Forscher feststellten, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass Pflanzen mit zunehmender Klimaerwärmung weniger in der Lage sein könnten, CO2 aus der Atmosphäre zu ziehen und den Kohlenstoff aufzunehmen, der zur Abkühlung des Planeten erforderlich ist.

„Wir haben diesen wichtigen Kreislauf aus dem Gleichgewicht gebracht“, sagte Lloyd. „Pflanzen und Klima sind untrennbar miteinander verbunden. Der größte CO2-Abzug aus unserer Atmosphäre erfolgt durch photosynthetisierende Organismen. Es ist ein großer Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre, das heißt, kleine Veränderungen haben große Auswirkungen.“

Nach Angaben des US-Energieministeriums absorbieren Pflanzen derzeit schätzungsweise 25 % des CO2, das jedes Jahr durch menschliche Aktivitäten ausgestoßen wird, aber dieser Prozentsatz dürfte in Zukunft mit der Klimaerwärmung zurückgehen, erklärte Lloyd, insbesondere wenn das Wasser knapper wird.

„Wenn wir über die Zukunft des Klimas nachdenken, sagen wir voraus, dass der CO2-Ausstoß steigen wird, was theoretisch gut für Pflanzen ist, denn das sind die Moleküle, die sie einatmen“, sagte Lloyd. „Aber wir haben gezeigt, dass es einen Kompromiss geben wird, den einige vorherrschende Modelle nicht berücksichtigen. Die Welt wird wärmer, was bedeutet, dass Pflanzen weniger in der Lage sein werden, dieses CO2 abzubauen.“

In der Studie entdeckten die Forscher, dass Variationen in der Häufigkeit bestimmter Isotope eines Teils des Holzes, sogenannte Methoxylgruppen, als Indikator für die Photorespiration in Bäumen dienen. Man könne sich Isotope als Atomarten vorstellen, erklärte Lloyd. So wie Sie vielleicht Vanille- und Schokoladen-Eiscreme haben, können Atome aufgrund von Variationen in ihrer Masse unterschiedliche Isotope mit ihren eigenen einzigartigen „Geschmacksrichtungen“ haben.

Das Team untersuchte den Gehalt des Methoxyl-„Geschmacks“ des Isotops in Holzproben von etwa dreißig Baumexemplaren aus verschiedenen Klimazonen und Bedingungen auf der ganzen Welt, um Trends bei der Photorespiration zu beobachten. Die Exemplare stammen aus einem Archiv der University of California in Berkeley, das Hunderte von Holzproben enthält, die in den 1930er und 40er Jahren gesammelt wurden.

„Die Datenbank wurde ursprünglich dazu verwendet, Förstern darin zu schulen, Bäume aus verschiedenen Orten auf der Welt zu identifizieren. Deshalb haben wir sie umfunktioniert, um diese Wälder im Wesentlichen zu rekonstruieren und zu sehen, wie gut sie CO2 aufnehmen“, sagte Lloyd.

Bisher konnten Photorespirationsraten nur in Echtzeit an lebenden Pflanzen oder gut erhaltenen toten Exemplaren gemessen werden, die strukturelle Kohlenhydrate enthielten, was bedeutete, dass es nahezu unmöglich war, die Geschwindigkeit zu untersuchen, mit der Pflanzen Kohlenstoff in großem Maßstab oder in der Vergangenheit abbauen. Lloyd erklärte.

Nachdem das Team nun eine Methode zur Beobachtung der Photorespirationsrate mithilfe von Holz validiert hat, sagte er, dass die Methode den Forschern ein Werkzeug bieten könnte, um vorherzusagen, wie gut Bäume in Zukunft „atmen“ könnten und wie es ihnen in früheren Klimazonen ergangen sei.

Die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre steigt rapide an; Nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration ist sie bereits jetzt größer als jemals zuvor in den letzten 3,6 Millionen Jahren. Aber dieser Zeitraum sei in geologischer Zeit relativ neu, erklärte Lloyd.

Das Team wird nun daran arbeiten, mithilfe von versteinertem Holz Photorespirationsraten in der Antike, bis zu mehreren zehn Millionen Jahren, aufzudecken. Die Methoden werden es den Forschern ermöglichen, bestehende Hypothesen zum sich ändernden Einfluss der Photorespiration von Pflanzen auf das Klima im Laufe der geologischen Zeit explizit zu testen.

„Ich bin Geologe und arbeite in der Vergangenheit“, sagte Lloyd. „Wenn wir uns also für diese großen Fragen interessieren, wie dieser Zyklus funktionierte, als das Klima ganz anders war als heute, können wir keine lebenden Pflanzen verwenden. Wir müssen möglicherweise Millionen von Jahren zurückgehen, um besser zu verstehen, wie unsere Zukunft aussehen könnte.“ aussehen.“

Weitere Autoren des Artikels sind Rebekah A. Stein, Daniel A. Stolper, Daniel E. Ibarra und Todd E. Dawson von der University of California, Berkeley; Richard S. Barclay und Scott L. Wing vom Smithsonian National Museum of Natural History und David W. Stahle von der University of Arkansas.