سرخ‌وودهای کالیفرنیا در گرما دست و پنجه نرم می‌کنند - و مشخص نیست چقدر خسارت وارد شده است

تحقیقات جدید نشان می‌دهد وقتی دما افزایش می‌یابد، چوب‌های سرخ کالیفرنیا فتوسنتز را کاهش می‌دهند. این یافته پیامدهای جدی برای بقای بلندمدت درختان نمادین در دنیای گرم‌تر و نقش آنها در ذخیره کربن از جو دارد.

جنگل‌های چوب قرمز کالیفرنیا (Sequoia sempervirens) یکی از بزرگترین ذخایر کربن روی زمین هستند. این درختان سر به فلک کشیده بومی کالیفرنیای مرکزی و شمالی هستند و برای استفاده از آب و هوای معتدل تاریخی منطقه تکامل یافته اند. در دهه های اخیر، دامنه آنها به طور قابل توجهی کاهش یافته است. اما تغییرات آب و هوایی سلامت و عملکرد این جنگل ها را تهدید می کند.

این منطقه در دهه‌های اخیر شاهد گرمایش قابل توجهی بوده است و روزهای گرمای شدید بیشتری را با دمای بیش از 100 درجه فارنهایت (37 درجه سانتی‌گراد) مواجه می‌کند. اکنون، در یک مطالعه جدید که در 22 سپتامبر در مجله JGR Biogeosciences منتشر شده است، تیمی از محققان نشان داده‌اند که سرخ‌وودهای معروف کالیفرنیا برای فتوسنتز در گرما تلاش می‌کنند.

فتوسنتز فرآیندی است که توسط گیاهان، جلبک ها و برخی باکتری ها برای تبدیل نور خورشید به انرژی استفاده می شود. از نظر شیمیایی دی اکسید کربن و آب را به قند و اکسیژن تبدیل می کند.

لیلی کلینک، نویسنده اول مطالعه، کاندیدای دکترا در آزمایشگاه اپتیک گیاهی در دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، به لایو ساینس گفت: «این درختان برای رشد در محیط‌های واقعا معتدل سازگار شدند، بنابراین هیچ کس واقعا به تأثیر گرما بر فتوسنتز توجه نکرده بود.

از سال 2022 تا 2024، کلینک و همکارانش چگونگی واکنش برگ‌های سرخ‌وود در جنگل رودخانه گارسیا در شهرستان مندوسینو را اندازه‌گیری کردند. یک یا دو بار در ماه، محققان سه نمونه مختلف برگ چوب قرمز کالیفرنیا را برداشتند و فلورسانس و دمای آنها را اندازه گرفتند.

مولکول‌های یک گیاه می‌توانند از نور جذب شده به سه طریق استفاده کنند: برای فتوسنتز، به صورت گرما پراکنده می‌شوند یا به صورت نور منعکس می‌شوند (فلورسانس). کلاینک گفت که فلورسانس یک اندازه گیری پروکسی برای درک فتوسنتز در گیاه است.

محققان چهارمین برگ را به مدت 20 دقیقه در فویل پیچیدند تا قبل از انجام همان اندازه‌گیری‌ها، آن را در حالت «استراحت» قرار دهند. کلاینک گفت: «زمانی که آنها در حالت استراحت هستند، آنها را در معرض پالس نوری قرار می دهیم که در طول موجی است که برای فتوسنتز استفاده می کنند تا ببینیم حداکثر سرعت فتوسنتزی آنها چقدر خواهد بود.

آنها دریافتند که در روزهای گرم، برگ های در معرض نور خورشید تا 18 درجه فارنهایت (10 درجه سانتیگراد) گرمتر از دمای هوا هستند. کلاینک گفت: «این یک تفاوت بزرگ است و نشان می‌دهد که برگ‌ها به حدی تحت فشار هستند که نمی‌توانند به طور مؤثری گرما را تنظیم کنند.

برگ های بسیاری از گیاهان با باز کردن یا بستن روزنه های خود که منافذ ریز روی سطح آنها هستند، دما و فتوسنتز خود را مدیریت می کنند. این روزنه ها (از کلمه یونانی به معنی دهان) میزان دی اکسید کربن وارد شده به گیاه و میزان اکسیژن و بخار آب را که از آن آزاد می شود را تنظیم می کنند. مصرف کمتر دی اکسید کربن منجر به کاهش فتوسنتز می شود، به این معنی که گیاه انرژی کمتری دارد.

کلاینک گفت، تفاوت زیاد بین دمای هوا و برگ های سرخ چوب نشان می دهد که برگ ها روزنه های خود را بسته اند تا از تبخیر آب در طول شرایط گرم و در نتیجه گرم شدن بیش از حد جلوگیری کنند.

برای بررسی بیشتر تأثیر گرما بر فیزیولوژی برگ، محققان نمونه‌های برگ چوب قرمز کالیفرنیا را به آزمایشگاه بردند و در حالی که در آب بودند در معرض طیف وسیعی از دماها قرار دادند. کلاینک گفت، علیرغم دسترسی آنها به آب، برگها همچنان با گرمتر شدن کمتر فتوسنتز می کنند، حتی اگر روزنه های آنها باز بود.

محققان نوشتند که این نشان می‌دهد که گرما محدودیت‌های مستقیمی را بر ظرفیت فتوسنتزی چوب قرمز تحمیل می‌کند، نه اینکه به‌طور غیرمستقیم این ظرفیت را با ایجاد بسته شدن روزنه‌ها کاهش دهد. این یافته نشان می دهد که توانایی فتوسنتز و ذخیره کربن با افزایش دما کاهش می یابد.

لوسی رولند، بوم شناس دانشگاه اکستر در بریتانیا که در این مطالعه شرکت نداشت، در ایمیلی به لایو ساینس گفت: "تنها بسته شدن روزنه نیست که باعث کاهش فتوسنتز می شود." این درختان در حال حاضر از اثرات مستقیم گرما بر سیستم های فتوسنتزی خود رنج می برند.

داستان های مرتبط

اقیانوس آرام مرکزی به تازگی یک رکورد دما را شکست. کارشناسان می گویند ممکن است نشان دهنده نوع جدیدی از ال نینو باشد.

مطالعه نشان می‌دهد که درختان آسپن حائل طبیعی در برابر آتش‌سوزی‌های جنگلی هستند، حتی با تشدید فصل آتش‌سوزی

"یک عکس فوری نگران کننده": تصویر ماهواره ای تکه های بزرگ آب آزاد را در کمتر از 40 مایلی از قطب شمال نشان می دهد.

این یافته پیامدهای جدی برای آینده چوب قرمز و گیاهان مشابه دارد. او گفت: "نقاطی که در آن این آسیب غیرقابل برگشت می شود، هنوز به درستی درک نشده است، اما اگر بخواهیم پیش بینی کنیم که آب و هوای آینده ما چگونه گیاهان را تحت تأثیر قرار می دهد، درک آن بسیار ضروری است."

گام بعدی در تحقیقات کلینک، حرکت فراتر از فیزیولوژی برگ برای درک این آستانه روی درختان و اکوسیستم آنها به عنوان یک کل است.

او گفت: "ما مطمئن نیستیم که اثری که دیدیم تا چه اندازه یک پاسخ استرس برگشت پذیر است و آیا آنها از این استرس مداوم آسیب می بینند." وی افزود: محققان به داده های بیشتری نیاز دارند تا "واقعا درک بهتری فراتر از مقیاس برگ، چگونگی واکنش این اکوسیستم ها به گرما و خشکسالی را دریافت کنند."