Сотрудники Исследовательского центра изменения климата Университета Пердью (США) изучили адаптацию растений к повышению температуры и обнаружили, что нагревание стимулирует процессы, связанные с фотосинтезом, в том числе обмен углекислого газа.
В лабораторных условиях разные растения при повышении температуры окружающей среды в среднем фиксировали больше, а выделяли меньше CO2. Работа опубликована в журнале Global Change Biology.
Углекислый газ (CO2) является естественным компонентом атмосферы нашей планеты, однако его избыточный выброс, наряду с другими парниковыми газами, является причиной глобального потепления. Приток углекислоты в атмосферу осуществляется в результате натуральных процессов — дыхания и вулканической активности, однако с начала индустриальной революции основной вклад вносит человек, сжигая ископаемое топливо. Отток углекислого газа производится растениями, которые в процессе фотосинтеза фиксируют СО2 и превращают его в сахара с участием света и воды. Повышение концентрации СО2 в атмосфере приводит к тому, что растения начинают более активно его поглощать, однако деятельность человека по уничтожению лесов сводит на нет эту естественную саморегуляцию системы. В результате температура поверхности планеты продолжает расти.
Специалисты по исследованию последствий изменения климата решили выяснить, как увеличение температуры, без изменения других параметров среды, влияет на процессы фотосинтеза и газообмена растениями. Эксперимент охватил разные виды растений, различающиеся по типу фотосинтеза, продолжительности жизни (однолетние и многолетние) и произрастанию (тропические либо нетропические). Всего в исследовании было использовано 22 вида, включая культивируемые растения, такие как рис, кукуруза и огурцы, а также деревья, такие как береза и сосна. Растения выращивали в лабораторных условиях и в течение недели выдерживали при определенной температуре, от 15 до 35 градусов Цельсия. За это время биохимические процессы должны были адаптироваться к заданным условиям.
Ученых интересовали такие параметры фотосинтеза, как скорость фиксации углерода, обусловленная работой двух ферментов-карбоксилаз, уровень генерации энергии в процессе работы электрон-транспортной цепи и уровень темнового дыхания, в процессе которого растения выделяют углекислый газ. Эти параметры были измерены у адаптированных к определенной температуре растений. Кроме того, адаптированные растения подвергали кратковременному (в течение нескольких минут) действию экстремальных температур до 50 градусов, чтобы выяснить устойчивость биохимических параметров.
В итоге все растения при повышении температуры окружающей среды смогли адаптироваться к ней. Уровень фотосинтеза у растений возрос, как и газообмен. Увеличилось как поглощение углекислого газа, так и выделение его в процессе дыхания. Однако сравнение скоростей процессов фиксации углекислого газа и дыхания показало, что нагрев в среднем сдвигает баланс в сторону усвоения углекислоты. Кроме того, предварительная адаптация к повышенной температуре сделала растения менее чувствительными к ее внезапному кратковременному скачку. Ученые отмечают, что эти обнадеживающие результаты получены при достаточном количестве воды и питательных веществ в почве. Между тем следствием глобального потепления может стать не только повышение температуры, но и засуха, поэтому надеяться на то, что экосистема сама справится с изменением климата благоприятным для человечества образом, не стоит.
С началом индустриальной революции в XVIII веке концентрация углекислого газа в атмосфере возросла на 43 процента. Средняя температура на планете с начала ХХ века возросла почти на градус.
Автор: Дарья Спасская