El cambio climático hace que los árboles tengan dificultades para «respirar»

Los árboles luchan por secuestrar el dióxido de carbono que atrapa el calor en climas más cálidos y secos, lo que significa que es posible que ya no sirvan como una solución para compensar la huella de carbono de la humanidad a medida que el planeta continúa calentándose, según un nuevo estudio dirigido por Penn State. Investigadores.

«Descubrimos que los árboles en climas más cálidos y secos tosen en lugar de respirar», dijo Max Lloyd, profesor asistente de investigación de geociencias en Penn State y autor principal del estudio publicado recientemente en la revista Science. Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. «Liberan mucho más dióxido de carbono a la atmósfera que los árboles en condiciones más frías y húmedas».

A través de un proceso FotosíntesisLos árboles eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera para producir nuevo crecimiento. Sin embargo, en condiciones estresantes, los árboles liberan dióxido de carbono a la atmósfera, un proceso llamado fotorrespiración. Al analizar un conjunto de datos globales de tejido de árboles, el equipo de investigación demostró que la tasa de fotorrespiración es hasta dos veces mayor en climas más cálidos, especialmente cuando el agua es limitada. Descubrieron que el umbral para esta respuesta en climas subtropicales comienza a superarse cuando las temperaturas diurnas promedio superan aproximadamente los 68 grados. F La situación empeora a medida que las temperaturas aumentan aún más.

El complejo papel de las plantas en la adaptación climática

Los hallazgos complican la creencia común sobre el papel de las plantas a la hora de ayudar a extraer o utilizar carbono de la atmósfera, proporcionando nuevos conocimientos sobre cómo las plantas se adaptan al cambio climático. Más importante aún, los investigadores señalan que a medida que el clima se calienta, sus hallazgos muestran que las plantas pueden ser menos capaces de extraer dióxido de carbono de la atmósfera y absorber el carbono necesario para ayudar a enfriar el planeta.

«Hemos desequilibrado este ciclo fundamental», afirmó Lloyd. «Las plantas y el clima están estrechamente relacionados. La mayor extracción de dióxido de carbono de nuestra atmósfera proviene de los organismos fotosintéticos. Es una gran clave para la composición de la atmósfera, lo que significa que pequeños cambios tienen un gran impacto».

Lloyd explicó que actualmente las plantas absorben aproximadamente el 25% del dióxido de carbono emitido por las actividades humanas cada año, según el Departamento de Energía de EE.UU., pero es probable que este porcentaje disminuya en el futuro a medida que el clima se caliente, especialmente si el agua escasea.

«Cuando pensamos en el futuro climático, esperamos que aumente el dióxido de carbono, lo que en teoría es bueno para las plantas porque esas son las moléculas que respiran», dijo Lloyd. «Pero hemos demostrado que habrá una compensación que algunos modelos convencionales no tienen en cuenta. El mundo se calentará, lo que significa que las plantas serán menos capaces de absorber dióxido de carbono.

Al analizar un conjunto de datos globales de tejido de árboles, un equipo dirigido por investigadores de Penn State demostró que la tasa de fotorrespiración en los árboles es hasta dos veces mayor en climas más cálidos, especialmente cuando el agua es limitada. Descubrieron que el umbral para esta respuesta en climas subtropicales, como esta parte de los Apalaches y la región del Valle, comienza a superarse cuando las temperaturas diurnas promedio superan los 68 grados Fahrenheit y empeora a medida que las temperaturas aumentan aún más. Crédito: Warren Reed/Penn State

En el estudio, los investigadores descubrieron que la variación en la abundancia de ciertos isótopos de una parte de la madera llamados grupos metoxilo actúa como marcador de la fotorrespiración en los árboles. Lloyd explicó que se puede pensar en los isótopos como diferentes tipos de átomos. Así como es posible que tenga versiones de helado de vainilla y chocolate, los átomos pueden tener diferentes isótopos que tienen sus propios «sabores» únicos debido a las diferencias en sus masas. El equipo estudió los niveles de «sabor» de los isótopos metoxilo en muestras de madera de unas tres docenas de especímenes de árboles de una variedad de climas y condiciones en todo el mundo para observar las tendencias en la fotorrespiración. Las muestras procedían de los archivos de Universidad de California, Berkeleyque contiene cientos de muestras de madera recolectadas en las décadas de 1930 y 1940.

«La base de datos se utilizó originalmente para capacitar a los forestales sobre cómo reconocer árboles de diferentes lugares del mundo, por lo que la reutilizamos para esencialmente reconstruir estos bosques y ver qué tan bien absorbían el dióxido de carbono», dijo Lloyd.

Hasta ahora, las tasas de fotorrespiración sólo podían medirse en tiempo real utilizando plantas vivas o especímenes muertos bien conservados que retuvieran carbohidratos estructurales, lo que significa que ha sido casi imposible estudiar la velocidad a la que las plantas secuestran carbono a gran escala o en el pasado. . explicó Lloyd.

Mirar al pasado para entender el futuro

Ahora que el equipo ha validado un método para monitorear la tasa de fotorrespiración usando madera, dijo que el método podría ofrecer a los investigadores una herramienta para predecir qué tan bien «respirarán» los árboles en el futuro y cómo se han comportado en climas pasados.

La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera está aumentando rápidamente; Ya es más grande que en cualquier otro momento de los últimos 3,6 millones de años, según Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. Lloyd explicó que este período es relativamente reciente en el tiempo geológico.

El equipo ahora trabajará para descubrir las tasas de fotorrespiración en el pasado antiguo, hasta hace decenas de millones de años, utilizando madera petrificada. Estos métodos permitirán a los investigadores probar explícitamente las hipótesis existentes sobre el impacto cambiante de la fotorrespiración de las plantas en el clima a lo largo del tiempo geológico.

«Soy geólogo y trabajé en el pasado», dijo Lloyd. «Entonces, si estamos interesados ​​en estas grandes preguntas sobre cómo funcionaba este ciclo cuando el clima era muy diferente al actual, no podemos usar plantas vivas. Probablemente tengamos que retroceder millones de años para comprender mejor cuál es nuestra cómo será el futuro.»

Referencia: “Agrupación isotópica en madera como alternativa a la fotorrespiración en árboles” por Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson y Daniel A. Stolper, 6 de noviembre de 2023, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
doi: 10.1073/pnas.2306736120

Otros autores de este artículo son Rebecca A. Stein y Daniel A. Stolper y Daniel E. Ibarra y Todd E. Dawson de la Universidad de California, Berkeley; ricardo s. Barclay y Scott L. Ala del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural y David W. Stahl de la Universidad de Arkansas.

Este trabajo fue financiado en parte por el Instituto Aguron, la Fundación Hyssing-Simons y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.