La base de toute vie sur Terre est la photosynthèse. Alors, que se passe-t-il en cas de perturbation ? Aujourd’hui, des outils de mesure avancés peuvent révéler comment le changement climatique affecte la capacité des plantes à traiter l’énergie du soleil.
« Je veux comprendre comment les espèces et les écosystèmes pourront fonctionner à l’avenir », déclare Rakesh Tiwari, chercheur postdoctoral et Birgitta Sintring Fellow au Département d’écologie et de génétique.
À l’intérieur de la forêt tropicale de la serre tropicale du jardin botanique, l’humidité s’égoutte des énormes cimes des arbres et des feuilles de palmiers géantes. Le contraste avec l’extérieur froid, venteux et pluvieux d’Uppsala ne pourrait pas être plus grand. À côté d’un buisson d’hibiscus, Tiwari a installé sur un support un instrument avancé qui ressemble à un microscope oblong. Il s’agit d’un analyseur infrarouge de gaz à effet de serre, principalement utilisé pour mesurer la photosynthèse en manipulant les conditions environnementales d’une feuille.
« Comme il s’agit d’un instrument portable, je peux l’emmener à différents endroits et analyser la réponse photosynthétique des plantes à différentes conditions environnementales. Par exemple, je peux modifier la température et les niveaux de lumière, et mesurer comment cela affecte le taux de photosynthèse », explique Tiwari.
Il prend une branche et place soigneusement une feuille d’hibiscus dans la chambre à feuilles de l’instrument. Un faisceau de lumière est activé et brille à travers la feuille, imitant les conditions que connaît la plante avec une chaleur extrême et un rayonnement solaire. La feuille capte l’énergie, qui utilise ensuite le dioxyde de carbone et l’eau pour la convertir en glucose et en oxygène.
La démonstration avec l’analyseur de photosynthèse illustre le travail normalement mené par Tiwari dans les forêts tropicales comme celles de Porto Rico.
« Ces instruments spécialisés nous permettent de mesurer l’interaction de l’intensité lumineuse, de la concentration de dioxyde de carbone dans l’air et de la température, des paramètres qui sont tous cruciaux pour le fonctionnement de la photosynthèse. De cette façon, nous pouvons mieux comprendre comment les plantes pourraient réagir aux effets de la photosynthèse. changement climatique. »
La photosynthèse s’effondre
Ce que lui et d’autres chercheurs ont observé dans les environnements tropicaux naturels est une nette dégradation de l’efficacité de la photosynthèse. Pendant son séjour à l’Université de Leeds, Tiwari a participé à un projet de recherche en 2017 en Amazonie pour découvrir comment la hausse des températures menace la capacité de fonctionnement de la forêt tropicale.
« Nous avons utilisé un fluoromètre similaire pour surveiller le moment où les photosystèmes ont commencé à se décomposer. Ce que nous avons observé était un schéma clair. Les arbres de l’un des sites les plus chauds d’Amazonie connaissent déjà des conditions de température de l’air qui peuvent affecter leur machinerie de photosynthèse. »
En fait, l’équipe de recherche a découvert que certaines espèces végétales travaillaient à la limite de leur tolérance à la chaleur.
« Ce qui était particulièrement alarmant, c’est que pendant les périodes particulièrement chaudes et sèches, les taux de photosynthèse ont chuté jusqu’à atteindre les niveaux les plus bas enregistrés dans les forêts tropicales. »
Selon Tiwari, l’efficacité photosynthétique de la majorité des plantes sur Terre est tombée à 5% au maximum, ce qui représente un énorme gaspillage d’énergie potentielle. L’une des principales causes de cette inefficacité est la photorespiration. Il s’agit d’une réaction secondaire qui se produit lorsque l’enzyme rubisco, responsable de la capture du dioxyde de carbone, se lie à l’oxygène. La façon dont les différentes espèces végétales diffèrent en termes de photorespiration pourrait déterminer leur sensibilité à la température.
« Un autre facteur est les petites ouvertures, ou stomates, dans les feuilles de la plante qui régulent l’absorption du dioxyde de carbone et l’échange d’eau. En cas de chaleur extrême, elles peuvent se fermer pour économiser l’eau. Il s’agit d’une stratégie de survie, mais cela réduit également leur taux de photosynthèse. chez certains arbres, les stomates s’ouvrent à des températures plus élevées pour utiliser le refroidissement par évaporation comme mécanisme de refroidissement des feuilles », explique Tiwari.
La capacité de stocker du carbone diminue
Cela fait un an que Tiwari est venu de Leeds pour devenir postdoctorant dans le groupe de recherche de Bob Muscarella à l’université d’Uppsala. Il y étudie les stratégies de photosynthèse à haute température et ses mécanismes dans les forêts. Les résultats préliminaires du groupe de recherche ont montré que la sensibilité à la température de la photorespiration varie selon les espèces tropicales.
Dans le cadre de ce projet, Tiwari étudie également la manière dont le changement climatique affecte les forêts tempérées de Suède, notamment en collaboration avec l’Université suédoise des sciences agricoles d’Uppsala.
« Les conséquences d’une telle compréhension peuvent aboutir à des projets de reboisement mieux informés. Par exemple, nous pouvons comprendre comment la végétation pourrait fonctionner dans un avenir plus chaud et comment nous pouvons adapter nos futures stratégies de conservation et de boisement. »
Appel à une perspective de conservation
Cependant, il ne suffit pas de planter des arbres, ajoute Tiwari. La meilleure façon de protéger l’environnement est de préserver les systèmes naturels déjà existants.
« Nous ne pouvons pas recréer la complexité d’une forêt mature. Elle fait plus que simplement capter le carbone ; elle soutient la biodiversité, régule les débits d’eau et fournit des habitats à d’innombrables espèces. »
Du 21 octobre au 1er novembre, la conférence de l’ONU sur la biodiversité COP16 se tient à Cali, en Colombie. Tiwari espère que les solutions mises en avant se concentreront sur la durabilité, la conservation et la réflexion à long terme.
« Si nous perdons la biodiversité et les écosystèmes forestiers, nous perdons le meilleur système naturel de capture du carbone de la planète. Un jour, il y aura peut-être des technologies capables d’éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère, mais plus nous nous appuyons sur des solutions artificielles, plus nous risquons de causer des dommages à l’environnement. planète. Ce sont des risques que nous ne pouvons pas nous permettre de prendre. »