الأشجار تكافح من أجل “التنفس” مع ارتفاع درجة الحرارة.. العالم سيصبح أكثر دفئا والنباتات أقل قدرة على سحب الكربون

تكافح الأشجار لعزل ثاني أكسيد الكربون الذي يحبس الحرارة (CO 2 ) في المناخات الأكثر دفئًا وجفافًا، مما يعني أنها قد لا تكون بمثابة حل لتعويض البصمة الكربونية البشرية مع استمرار ارتفاع درجة حرارة الكوكب، وفقًا لدراسة جديدة قام بها باحثون حكوميون.

وقال ماكس لويد، أستاذ أبحاث مساعد في علوم الأرض في ولاية بنسلفانيا والمؤلف الرئيسي للدراسة التي نشرت مؤخرا في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences: “لقد وجدنا أن الأشجار في المناخات الأكثر دفئا وجفافا تسعل بدلا من التنفس” . “إنهم يرسلون ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي بشكل أكبر بكثير من الأشجار في ظروف أكثر برودة ورطوبة.”

من خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم الأشجار بإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي لإنتاج نمو جديد. ومع ذلك، في ظل الظروف العصيبة، تطلق الأشجار ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، وهي عملية تسمى التنفس الضوئي. ومن خلال تحليل مجموعة بيانات عالمية لأنسجة الأشجار، أثبت فريق البحث أن معدل التنفس الضوئي يصل إلى مرتين أعلى في المناخات الأكثر دفئًا، خاصة عندما تكون المياه محدودة.

ووجدوا أن عتبة هذه الاستجابة في المناخات شبه الاستوائية تبدأ في تجاوزها عندما يتجاوز متوسط ​​درجات الحرارة أثناء النهار حوالي 68 درجة فهرنهايت وتتفاقم مع ارتفاع درجات الحرارة أكثر.

كيفية تكيف النباتات مع تغير المناخ 

وتؤدي النتائج إلى تعقيد الاعتقاد السائد حول دور النباتات في المساعدة على سحب أو استخدام الكربون من الغلاف الجوي، مما يوفر رؤية جديدة حول كيفية تكيف النباتات مع تغير المناخ، والأهم من ذلك، لاحظ الباحثون أنه مع ارتفاع درجة حرارة المناخ، أظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن النباتات قد تكون أقل قدرة على سحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي واستيعاب الكربون الضروري لمساعدة الكوكب على التبريد.

وقال لويد: “لقد أفقدنا توازن هذه الدورة الأساسية”، “النباتات والمناخ مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، إن أكبر سحب لثاني أكسيد الكربون من غلافنا الجوي هو عملية التمثيل الضوئي للكائنات الحية. إنه مفتاح كبير لتكوين الغلاف الجوي، وهذا يعني أن التغييرات الصغيرة لها تأثير كبير.”

وأوضح لويد أن النباتات تمتص حاليا ما يقدر بنحو 25% من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الأنشطة البشرية كل عام، وفقا لوزارة الطاقة الأمريكية، ولكن من المرجح أن تنخفض هذه النسبة في المستقبل مع ارتفاع درجة حرارة المناخ، خاصة إذا ندرت المياه.

وقال لويد : “عندما نفكر في العقود المستقبلية للمناخ، نتوقع أن يرتفع ثاني أكسيد الكربون، وهو أمر جيد من الناحية النظرية للنباتات لأن هذه هي الجزيئات التي تتنفسها، “لكننا أظهرنا أنه ستكون هناك مقايضة لا تأخذها بعض النماذج السائدة بعين الاعتبار.، فالعالم سيصبح أكثر دفئا، مما يعني أن النباتات ستكون أقل قدرة على سحب ثاني أكسيد الكربون”.

اكتشف الباحثون في الدراسة، أن التباين في وفرة نظائر معينة لجزء من الخشب يسمى مجموعات الميثوكسيل يعمل بمثابة تتبع للتنفس الضوئي في الأشجار. وأوضح لويد أنه يمكنك التفكير في النظائر كأنواع مختلفة من الذرات. تمامًا كما قد يكون لديك نسخ من الآيس كريم بالفانيليا والشوكولاتة، يمكن أن تحتوي الذرات على نظائر مختلفة لها “نكهاتها” الفريدة بسبب الاختلافات في كتلتها.

مراقبة معدل التنفس الضوئي

قام الفريق بدراسة مستويات “نكهة” نظير الميثوكسيل في عينات خشبية من حوالي ثلاثين عينة من الأشجار من مجموعة متنوعة من المناخات، والظروف في جميع أنحاء العالم لمراقبة الاتجاهات في التنفس الضوئي.

جاءت العينات من أرشيف جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الذي يحتوي على مئات عينات الخشب التي تم جمعها في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين.

وقال لويد: “تم استخدام قاعدة البيانات في الأصل لتدريب الغابات على كيفية التعرف على الأشجار من أماكن مختلفة حول العالم، لذلك قمنا بإعادة توظيفها لإعادة بناء هذه الغابات بشكل أساسي لمعرفة مدى امتصاصها لثاني أكسيد الكربون”.

حتى الآن، لا يمكن قياس معدلات التنفس الضوئي إلا في الوقت الفعلي باستخدام النباتات الحية أو العينات الميتة المحفوظة جيدًا والتي احتفظت بالكربوهيدرات الهيكلية، مما يعني أنه كان من المستحيل تقريبًا دراسة المعدل الذي تسحب به النباتات الكربون على نطاق واسع أو في الماضي. وأوضح لويد.

والآن بعد أن أثبت الفريق صحة طريقة لمراقبة

معدل التنفس الضوئي باستخدام الخشب، قال إن هذه الطريقة يمكن أن تقدم للباحثين أداة للتنبؤ بمدى جودة “تنفس” الأشجار في المستقبل وكيف كان أداؤها في المناخات الماضية.

إن كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ترتفع بسرعة؛ إنه بالفعل أكبر من أي وقت مضى خلال الـ 3.6 مليون سنة الماضية، وفقًا للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، وأوضح لويد أن تلك الفترة حديثة نسبيا في الزمن الجيولوجي.

معدلات التنفس الضوئي في الماضي القديم

وسيعمل الفريق الآن على اكتشاف معدلات التنفس الضوئي في الماضي القديم، والتي تصل إلى عشرات الملايين من السنين، باستخدام الخشب المتحجر. ستسمح هذه الأساليب للباحثين باختبار الفرضيات الموجودة بشكل صريح فيما يتعلق بالتأثير المتغير للتنفس الضوئي للنبات على المناخ عبر الزمن الجيولوجي.

قال لويد: “أنا جيولوجي، أعمل في الماضي”، “لذا، إذا كنا مهتمين بهذه الأسئلة الكبيرة حول كيفية عمل هذه الدورة عندما كان المناخ مختلفًا تمامًا عما هو عليه اليوم، فلا يمكننا استخدام النباتات الحية، ربما يتعين علينا العودة لملايين السنين لفهم ما قد يخبئه مستقبلنا بشكل أفضل”.