Høje CO2-niveauer får planter til at fortykke deres blade, kan forværre virkningerne af klimaændringerne

Planteforskere har observeret, at når niveauet af kuldioxid i atmosfæren stiger, de fleste planter gør noget usædvanligt:​​De gør deres blade tykkere.

Og da menneskelig aktivitet hæver atmosfæriske kuldioxidniveauer, tykbladede planter ser ud til at være i vores fremtid.

Men konsekvenserne af denne fysiologiske reaktion går langt ud over heftigere blade på mange planter. To forskere fra University of Washington har opdaget, at planter med tykkere blade kan forværre virkningerne af klimaændringer, fordi de ville være mindre effektive til at binde atmosfærisk kulstof, et faktum, som klimaændringsmodeller til dato ikke har taget højde for.

I et papir offentliggjort 1. oktober i tidsskriftet Globale biogeokemiske kredsløb , forskerne rapporterer, at da de inkorporerede denne information i globale klimamodeller under de høje atmosfæriske kuldioxidniveauer, der forventes senere i dette århundrede, den globale "kulstofdræn" fra planter var mindre produktiv - efterlod omkring 5,8 ekstra petagrammer, eller 6,39 millioner tons, af kulstof i atmosfæren om året. Disse niveauer svarer til mængden af ​​kulstof, der frigives til atmosfæren hvert år på grund af menneskeskabte fossile brændstoffer - 8 petagram, eller 8,8 millioner tons.

"Planter er fleksible og reagerer på forskellige miljøforhold, " sagde seniorforfatter Abigail Swann, en UW assisterende professor i atmosfæriske videnskaber og biologi. "Men indtil nu, ingen havde forsøgt at kvantificere, hvordan denne type reaktion på klimaændringer vil ændre den påvirkning, som planter har på vores planet."

Ud over en svækkende kulstofdræn i planten, simuleringerne drevet af Swann og Marlies Kovenock, en UW doktorand i biologi, indikerede, at de globale temperaturer kan stige yderligere 0,3 til 1,4 grader Celsius ud over, hvad der allerede er blevet forudsagt af forskere, der studerer klimaændringer.

"Hvis denne enkelt egenskab - bladtykkelse - i høje kuldioxidniveauer har en så betydelig indflydelse på forløbet af fremtidige klimaændringer, vi mener, at globale klimamodeller bør tage andre aspekter af plantefysiologi og planteadfærd i betragtning, når de forsøger at forudsige, hvordan klimaet vil se ud senere i dette århundrede, " sagde Kovenock, som er hovedforfatter på papiret.

Forskere ved ikke, hvorfor planter fortykker deres blade, når kuldioxidniveauet stiger i atmosfæren. Men responsen er blevet dokumenteret på tværs af mange forskellige typer plantearter, såsom træagtige træer; basisafgrøder som hvede, ris og kartofler; og andre planter, der gennemgår C3-kulstoffiksering, den form for fotosyntese, der tegner sig for omkring 95 procent af den fotosyntetiske aktivitet på Jorden.

Blade kan blive tykkere med så meget som en tredjedel, som ændrer forholdet mellem overfladeareal og masse i bladet og ændrer planteaktiviteter som fotosyntese, gasudveksling, fordampningskøling og sukkeropbevaring. Planter er afgørende modulatorer af deres miljø - uden dem, Jordens atmosfære ville ikke indeholde den ilt, som vi indånder - og Kovenock og Swann mente, at denne kritiske og forudsigelige bladfortykkelsesreaktion var et ideelt udgangspunkt for at forsøge at forstå, hvordan udbredte ændringer i plantefysiologien vil påvirke Jordens klima.

"Plantebiologer har indsamlet store mængder data om bladfortykkelsesreaktionen på høje kuldioxidniveauer, inklusive atmosfæriske kuldioxidniveauer, som vi vil se senere i dette århundrede, " sagde Kovenock. "Vi besluttede at inkorporere de kendte fysiologiske effekter af bladfortykkelse i klimamodeller for at finde ud af hvilken effekt, hvis nogen, dette ville have på global skala."

Et papir fra 2009 af forskere i Europa og Australien indsamlede og katalogiserede data fra mange års eksperimenter om, hvordan planteblade ændrer sig som reaktion på forskellige miljøforhold. Kovenock og Swann inkorporerede de indsamlede data om kuldioxidresponser i jordsystemmodeller, der er meget brugt til at modellere effekten af ​​forskellige faktorer på globale klimamønstre.

Koncentrationen af ​​kuldioxid i atmosfæren svinger i dag omkring 410 ppm. Inden for et århundrede, den kan stige så højt som 900 ppm. Kuldioxidniveauet, som Kovenock og Swann simulerede med fortykkede blade, var kun 710 ppm. De opdagede også, at virkningerne var værre i specifikke globale regioner. Dele af Eurasien og Amazonasbækkenet, for eksempel, viste en højere minimumsstigning i temperatur. I disse regioner, tykkere blade kan hæmme fordampningsafkøling af planter eller skydannelse, sagde Kovenock.

Swann og Kovenock håber, at denne undersøgelse viser, at det er nødvendigt at overveje planters reaktioner på klimaændringer i fremskrivninger af fremtidens klima. Der er mange andre ændringer i plantefysiologi og adfærd under klimaændringer, som forskere kunne modellere næste gang.

"We now know that even seemingly small alterations in plants such as this can have a global impact on climate, but we need more data on plant responses to simulate how plants will change with high accuracy, " said Swann. "People are not the only organisms that can influence climate."