Træringe giver vital information til forbedrede klimaforudsigelser

På grund af deres verdensomspændende distribution, træer har en ekstraordinær rolle i at fjerne for store mængder CO ₂ frigivet til atmosfæren ved menneskelig aktivitet. Indtil nu, imidlertid, Der findes ikke noget værktøj til præcist at beregne træernes kuldioxidoptagelse i hele deres levetid. Ved at bruge en årtier lang sekvens af årlige vækstringe fra fyrretræer, forskere ved NMR-centret ved Umeå Universitets Kemisk Biologisk Center, (KBC) har introduceret en meget avanceret teknik til at spore planters kulstofmetabolisme og dens miljøkontrol. Denne teknik lægger grundlaget for meget forbedrede parameteriseringer af klimaændringer og globale vegetationsmodeller.

Kuldioxid (CO ₂ ) optagelse ved plantefotosyntese ses generelt som en måde at modvirke støt stigende koncentrationer i atmosfærisk CO ₂ og klimaændringer. I kortsigtede eksperimenter, forhøjet CO ₂ har vist sig at øge fotosyntesen, men det er usikkert, om denne tilfældige effekt vil fortsætte i de kommende årtier og under skiftende klimaer.

Forskere ved Institut for Medicinsk Biokemi og Biofysik ved Umeå Universitet har de seneste år arbejdet på at udvikle metoder, der muliggør forfining af klimamodeller, at vurdere planters rolle for at reducere kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren, og også for at belyse, hvordan plantemetabolisme påvirkes af klimaændringer. Disse spørgsmål kan ikke besvares ved hjælp af kortsigtede eksperimenter, Derfor bruger Umeå-forskerne arkiver af plantemateriale, og søge efter spor af processer gennem årtier. I tidligere publikationer, forskergruppen for Juergen Schleucher viste, at vegetationsmodeller bør overveje planternes hele stofskifte. De brugte tidligere historisk plantemateriale i herbarier til at studere udviklingen af ​​fotosyntese og stofskifte i planter over længere tid og var dermed i stand til at komme med forudsigelser for fremtiden under ændrede klimaforhold.

Med deres seneste publikation i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , Thomas Wieloch og hans kolleger i Umeå, Østrig, Schweiz og USA rapporterer om en innovativ metode til at undersøge et træs stofskifte i hele dets levetid. Som at bruge et mikroskop i stedet for et forstørrelsesglas, NMR-specialisterne målte kulstofisotopforhold (13C / 12C) ved alle seks individuelle C-H-positioner i fotosyntetisk glukose. Dette er i modsætning til konventionelle teknikker, som ikke løser individuelle CH-positioner, men bestem en gennemsnitsværdi over alle glukosepositioner. I en serie af træringe af sort fyrretræ (Pinus nigra), teamet fandt flere nye signaler, der rapporterer om metaboliske processer ud over CO ₂ optagelse. Dermed, den nye tilgang ekstraherer mere veldefinerede signaler, og multiplicerer informationsindholdet i plantearkiver såsom træringe.

Forskerne så derefter på træringe af 11 træarter fordelt over hele kloden. "Vores resultater fra 11 træarter viser, at forholdene 13C / 12C ved individuelle CH-positioner efterlader et fingeraftryk af reguleringen af ​​stofskiftet, som synes at være ens for alle arter, sagde Thomas Wieloch.

"Vi opdagede flere hidtil ukendte 13C-signaler i cellulosemolekylerne i vores årligt opløste træringprøver. Det betyder, at udover CO ₂ optagelse, andre metaboliske processer påvirker også 13C / 12C-forhold ved individuelle CH-stillinger, og signaler, der rapporterer om disse processer, kan hentes fra træringserier. Træring-serien kan dække tusinder af år, så selv spørgsmål om denne tidsramme kan løses, " forklarer Thomas Wieloch.

"Denne undersøgelse viser, at vi er i stand til at se på træernes metaboliske historie med meget højere opløsning, så vi muligvis kan opdage, om træer akklimatiserer sig under skiftende klimaer, "siger professor Juergen Schleucher, en af ​​de to direktører for NMR Center i Umeå. "Vi håber virkelig, at vores opdagelse af, at 13C / 12C-forhold varierer blandt de individuelle CH-positioner af træringcellulose, vil give forbedrede fortolkninger af 13C / 12 C isotopsignaler for det globale kulstofkredsløb. Baseret på denne nylige undersøgelse, vi vil nu fortsætte med at foreslå fysiologiske mekanismer for oprindelsen af ​​de nye metaboliske signaler, så vi til sidst kan tyde, hvor stigende CO ₂ i kombination med skiftende klima påvirker trævæksten gennem årtier."

"Disse nyeste NMR-forskningsresultater fra Umeå kunne være meget relevante for skovbruget, fordi det kunne give klimaforskere bedre baggrundsfakta for deres modeller og give beslutningstagere nye ideer til, hvordan de kan tilpasse deres skovforvaltningsplaner og gøre estimater af træproduktion mere realistiske, " siger Juergen Schleucher.