Es ist schwierig, genau vorherzusagen, was die Auswirkungen des Klimawandels angesichts der vielen beteiligten Variablen sein werden. Um die Auswirkungen einer wärmeren Welt auf das Pflanzenleben vorherzusagen, betrachten einige Forscher die „Hitzeinseln“, wo die Temperaturen aufgrund der Auswirkungen städtischer Strukturen durchweg einige Grad höher sind als die der umgebenden ländlichen Gebiete. Dies ermöglicht nebeneinanders-Vergleiche von Pflanzenreaktionen.
Eine neue Studie von Forschern der MIT und der Harvard University hat jedoch ergeben, dass städtische Wärmeinseln zumindest für Wälder ein schlechter Stellvertreter für die globale Erwärmung sind, und dies hat möglicherweise dazu veranlasst, die Auswirkungen der Erwärmung in einigen Fällen zu unterschätzen. Die Diskrepanz, wie sie festgestellt haben, hat viel mit der begrenzten genetischen Vielfalt von städtischen Baumarten zu tun.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenin einem Papier von MIT Postdoc Meghan Blumstein, Professor für Zivil- und Umweltingenieurwesen David des Marais und vier weitere.
„Die Anziehungskraft dieser städtischen Temperaturgradienten ist, dass es bereits da ist“, sagt Des Marais. „Wir können nicht in die Zukunft schauen. Warum schauen wir also nicht über den Raum und vergleichen ländliche und städtische Gebiete?“ Da solche Daten leicht erhältlich sind, wurden Methoden, die das Wachstum von Pflanzen in Städten mit ähnlichen Pflanzen außerhalb von ihnen vergleichen, weit verbreitet, und seien sehr nützlich gewesen.
Die Forscher erkannten einige Mängel gegen diesen Ansatz, einschließlich signifikanter Unterschiede in der Verfügbarkeit einiger Nährstoffe wie Stickstoff. Trotzdem „haben viele Ökologen erkannt, dass sie nicht perfekt waren, aber es war das, was wir hatten“, sagt er.
Der größte Teil der Untersuchungen der Gruppe von Des Marais basiert auf Labor, unter streng kontrollierten Bedingungen für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxidkonzentration. Während es eine Handvoll experimenteller Stellen gibt, an denen die Bedingungen im Feld modifiziert werden, beispielsweise die Verwendung von Heizungen um ein oder ein paar Bäume, „sind diese super kleiner“, sagt er.
„Wenn Sie sich diese längerfristigen Trends ansehen, die über den Raum auftreten, der etwas größer ist, als Sie vernünftigerweise manipulieren konnten, ist eine wichtige Frage, wie Sie die Variablen steuern?“
Temperaturgradienten haben einen Ansatz für dieses Problem angeboten, aber Des Marais und seine Schüler konzentrierten sich auch auf die Genetik der beteiligten Baumarten und verglichen die in Städten beprobten Baumarten mit derselben Art, die in einem natürlichen Wald in der Nähe befragt wurden. Und es stellte sich heraus, dass es Unterschiede gab, selbst zwischen Bäumen, die ähnlich erschienen.
„Also, und siehe, Sie glauben, dass Sie nur eine variable Änderung Ihres Modells zulassen, was der Temperaturunterschied von einem städtischen zu einer ländlichen Umgebung ist“, sagt er, „aber in der Tat sieht es so aus, als ob es auch eine genotypische Vielfalt gab, die nicht berücksichtigt wurde.“
Die genetischen Unterschiede bedeuteten, dass die untersuchten Pflanzen für diejenigen in der natürlichen Umwelt nicht repräsentativ waren, und die Forscher fanden heraus, dass der Unterschied tatsächlich die Auswirkungen der Erwärmung maskiert. Die städtischen Bäume waren weniger betroffen als ihre natürlichen Gegenstücke, als die Blätter der Pflanzen im Frühjahr wuchsen und entfaltet oder „ausblättern“.
Das Projekt begann während der Pandemie -Sperrung, als Blumstein ein Doktorand war. Sie hatte ein Stipendium, um Red Oak -Genotypen in ganz Neuengland zu studieren, konnte aber aufgrund von Sperrungen nicht reisen. Also konzentrierte sie sich auf Bäume, die in Cambridge, Massachusetts, in Reichweite waren. Anschließend arbeitete sie mit Menschen zusammen, die im Harvard Forest, einem Forschungswald im ländlichen Zentral -Massachusetts, Forschung betreiben.
Sie sammelten drei Jahre Daten von beiden Standorten, einschließlich der Temperaturprofile, des Blatt-Out-Timings und der genetischen Profile der Bäume. Obwohl sich die Studie speziell mit Red Oaks befasste, sagen die Forscher, dass die Ergebnisse wahrscheinlich für Bäume im Großen und Ganzen gelten.
Zu dieser Zeit hatten die Forscher gerade das Eichenbaumgenom sequenziert, und damit Blumstein und ihre Kollegen an subtilen Unterschieden zwischen den roten Eichen an den beiden Standorten suchen. Die Unterschiede, die sie fanden, zeigten, dass die städtischen Bäume gegen die Auswirkungen wärmerer Temperaturen resistenter waren als die in der natürlichen Umgebung.
„Anfangs haben wir diese Ergebnisse gesehen und wir waren wie: Oh, das ist eine schlechte Sache“, sagt Des Marais. „Ökologen verstehen diesen Hitzeinseleffekt falsch, was wahr ist.“ Glücklicherweise kann dies durch Berücksichtigung genomischer Daten leicht korrigiert werden.
„Es ist nicht so viel mehr Arbeit, denn die Sequenzierung von Genomen ist so billig und so einfach. Wenn jemand jetzt einen städtischen ländlichen Gradienten betrachten und diese Art von Vorhersagen machen möchte, ist das in Ordnung. Man muss nur einige Informationen über die Genome hinzufügen.“
Es ist nicht verwunderlich, dass diese genetische Variation vorhanden ist, sagt er, da die Erzeuger durch Versuch und Irrtum in den Jahrzehnten gelernt haben, welche Sorten von Bäumen in der schwierigen städtischen Umgebung tendenziell gedeihen, mit typisch schlechten Boden, schlechter Entwässerung und Verschmutzung. „Infolgedessen gibt es in unseren Bäumen in Städten einfach nicht viel genetische Vielfalt.“
Die Auswirkungen könnten bedeutend sein, sagt Des Marais. Wenn das zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel (IPCC) seine regelmäßigen Berichte über den Status des Klimas veröffentlicht, „muss das IPCC zukünftige Reaktionen auf den Klimawandel in Bezug auf die Temperatur vorhersagen.
Er hofft, dass diese neuen Erkenntnisse in ihren nächsten Bericht aufgenommen werden, der gerade eingezogen wird. „Wenn diese Ergebnisse im Allgemeinen über Red Oaks übereinstimmen, deutet dies darauf hin, dass der Ansatz der städtischen Heatinsel zur Untersuchung der Reaktion der Pflanzen auf die Temperatur unterdrückt wird, wie stark diese Reaktion ist.“
Weitere Informationen:
Meghan Blumstein et al., Genomics hebt eine Unterschätzung der Phänologie -Empfindlichkeit gegenüber dem städtischen Hitzeinseleffekt hervor, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2025). Doi: 10.1073/pnas.2408564122
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