أساس الحياة معرض للخطر بسبب تغير المناخ

تشكل عملية البناء الضوئي الأساس للحياة على الأرض، إلا أن تغير المناخ يهدد هذه العملية الأساسية بشكل متزايد.

وباستخدام الأدوات المتقدمة، يستطيع العلماء الآن دراسة كيفية تأثير التحولات في درجات الحرارة والرطوبة والضوء على عملية البناء الضوئي، وبالتالي مستقبل النظم البيئية.

بالنسبة لراكيش تيواري، الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه في قسم علم البيئة وعلم الوراثة بجامعة أوبسالا ، فإن اكتشاف كيفية تكيف النباتات – أو فشلها في التكيف – مع التحولات المناخية أمر بالغ الأهمية.

راكيش تيواري ، قسم علم البيئة وعلم الوراثة بجامعة أوبسالا

فهم قدرة النباتات على التكيف

وقال تيواري، الذي تشمل أبحاثه الغابات الاستوائية في بورتوريكو والأمازون وحتى المناخ الخاضع للرقابة في الدفيئة الاستوائية في أوبسالا: “أريد أن أفهم كيف يمكن للأنواع والنظم البيئية أن تعمل في المستقبل” .

باستخدام أدوات متطورة لمحاكاة الظروف البيئية المتطرفة، يسعى تيواري إلى فهم قدرة النباتات على التكيف مع تحديات المناخ وحدودها المحتملة.

مراقبة عملية البناء الضوئي تحت الضغط

في أجواء رطبة داخل صوبة زجاجية في مدينة أوبسالا، وسط أشجار النخيل الشاهقة وأوراق الشجر الكثيفة، يعرض تيواري طريقته باستخدام جهاز تحليل غازات الدفيئة المحمول، والذي تم تصميمه لمحاكاة الظروف البيئية المختلفة على الأوراق.

يضع ورقة من نبات الكركديه في حجرة الجهاز، ويعرضها لضوء وحرارة مكثفين.

ويقدم رد فعل الورقة أدلة حول كيفية معالجة النباتات لأشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج الجلوكوز والأكسجين تحت ضغوط مختلفة.

كما أوضح تيواري “نظرًا لأنه جهاز محمول، يمكنني أخذه إلى أماكن مختلفة وتحليل الاستجابات الضوئية للظروف البيئية المختلفة للنباتات”، “على سبيل المثال، أستطيع تغيير درجة الحرارة ومستويات الإضاءة، وقياس مدى تأثير ذلك على معدل التمثيل الضوئي.”

ويتوافق هذا العمل الميداني مع الدراسات التي أجراها في البيئات الاستوائية الطبيعية، حيث لاحظ أنماطًا مميزة في كيفية استجابة عملية التمثيل الضوئي للحرارة الشديدة.

أساس الحياة في الغابات المطيرة

في عام 2017، شارك تيواري في مشروع بحثي في الأمازون، حيث استخدم هو وزملاؤه أدوات مماثلة لمراقبة صحة نظام التمثيل الضوئي في الغابات المطيرة.

ويقول “لقد استخدمنا مقياس فلوري مماثل لمراقبة الوقت الذي بدأت فيه الأنظمة الضوئية في الانهيار، وما رأيناه كان نمطًا واضحًا، فالأشجار في أحد أكثر المواقع حرارة في الأمازون تشهد بالفعل ظروفًا تتعلق بدرجات حرارة الهواء والتي يمكن أن تؤثر على آلية التمثيل الضوئي لديها.”

اكتشف الباحثون أن النباتات في المناطق الحارة والجافة بشكل خاص في الأمازون كانت تقترب بالفعل من قدرتها على تحمل الحرارة، حيث انخفضت معدلات التمثيل الضوئي أثناء درجات الحرارة المرتفعة بشكل خاص.

حدود كفاءة التمثيل الضوئي

كفاءة التمثيل الضوئي العالمية منخفضة بشكل لافت للنظر، وعادة ما تصل إلى 5% على الأكثر، ويرجع ذلك جزئيا إلى عملية تسمى التنفس الضوئي.

أثناء عملية التنفس الضوئي، يرتبط إنزيم يسمى روبيسكو بالأكسجين عن طريق الخطأ بدلاً من ثاني أكسيد الكربون، وهي مشكلة تتفاقم بسبب درجات الحرارة المرتفعة، وهذا يقلل من قدرة النبات على إنتاج الطاقة بكفاءة.

وقال تيواري: “هناك عامل آخر وهو الفتحات الصغيرة، أو الثغور، في أوراق النبات التي تنظم امتصاص ثاني أكسيد الكربون وتبادل المياه”، مضيفا “في درجات الحرارة الشديدة ، يمكن أن تغلق هذه الأشجار ثغورها لتوفير المياه، وهذه استراتيجية للبقاء، ولكنها تقلل أيضًا من معدل التمثيل الضوئي، وفي بعض الأشجار، تفتح الثغور عند درجات حرارة أعلى للاستفادة من التبريد التبخيري كآلية لتبريد الأوراق.”

راكيش تيواري، قسم علم البيئة وعلم الوراثة بجامعة أوبسالا

التأثيرات على تخزين الكربون

تركز أبحاث تيواري في أوبسالا، التي أجراها مع فريق بوب موسكاريلا، على فهم التكيفات المرتبطة بدرجات الحرارة في الغابات الاستوائية والمعتدلة.

وتشير نتائجه الأخيرة إلى أن حساسية درجة الحرارة للتنفس الضوئي تختلف بشكل كبير بين الأنواع، وهو ما قد يساعد في استراتيجيات إعادة التحريج التي تهدف إلى اختيار الأنواع الأكثر قدرة على التكيف مع تغير المناخ.

وأشار تيواري إلى أن “العواقب المترتبة على هذا الفهم يمكن أن تساعد في تحسين مشاريع إعادة التحريج، على سبيل المثال، يمكننا أن نفهم كيف يمكن للنباتات أن تعمل في المستقبل الأكثر دفئًا وكيف يمكننا تكييف استراتيجياتنا المستقبلية للحفاظ على الغابات وإعادة التحريج”.

ومع ذلك، يؤكد تيواري أن زراعة الأشجار وحدها لا تكفي لحماية المناخ، فالحفاظ على الغابات الناضجة يوفر فوائد بيئية لا مثيل لها.

وقال “لا يمكننا إعادة خلق التعقيد الذي تتسم به الغابات الناضجة، فهي لا تقتصر على احتجاز الكربون؛ بل إنها تدعم التنوع البيولوجي، وتنظم تدفقات المياه، وتوفر الموائل لعدد لا يحصى من الأنواع” .

الحفاظ على اساس الحياة

ويمل تيواري أن تركز مناقشات مؤتمر الأمم المتحدة للتنوع البيولوجي الذي ينتهي الجمعة المقبل على الحفاظ على النظم البيئية الطبيعية، وخاصة الغابات، لأنها لا يمكن الاستغناء عنها في تنظيم الكربون ودعم التنوع البيولوجي .

وأضاف “إذا فقدنا التنوع البيولوجي والنظم البيئية للغابات، فإننا نفقد أفضل نظام طبيعي لالتقاط الكربون على كوكب الأرض”.

“قد تظهر في يوم من الأيام تقنيات قادرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، ولكن كلما اعتمدنا على الحلول الاصطناعية، كلما زاد الضرر الذي نلحقه بالكوكب،وهذه مخاطر لا نستطيع أن نتحملها”.

موازنة الابتكار مع الحلول الطبيعية

وفي مواجهة تحديات المناخ، يسلط بحث تيواري الضوء على الحاجة إلى الحفاظ على البيئة والابتكار، وفي حين تعمل الأدوات المتقدمة على تحسين فهمنا لعملية التمثيل الضوئي، فإن الحفاظ على النظم البيئية القائمة يظل ضروريًا لتحقيق الاستدامة الحقيقية.

يقول تيواري: “إن أفضل طريقة لحماية البيئة هي الحفاظ على الأنظمة الطبيعية الموجودة بالفعل”، ويسلط عمله الضوء على نهج متوازن: التقدم التكنولوجي في علم النبات إلى جانب الجهود الملتزمة للحفاظ على الموائل الطبيعية.

من خلال التحقيق في الطرق المعقدة التي تستجيب بها النباتات لتغيرات المناخ، يؤكد بحث تيواري على أهمية الحفاظ على التنوع البيولوجي في العمل المناخي.

ومن خلال الحفاظ والابتكار، يمكن للمجتمع العلمي أن يعمل على استدامة النظم البيئية التي تشكل أساس الحياة على الأرض.