Biosfæren 2 regnskov lukket under tørkeeksperiment

Tørke vil snart falde ned på University of Arizona's Biosphere 2 regnskov, og et internationalt forskerhold vil være klar med en række instrumenter til at registrere, hvad der folder sig ud under glasset.

Tørken er en del af et fire måneder langt eksperiment kendt som vand, Atmosfære og livsdynamik. Kaldet WALD, som er tysk for "skov, "undersøgelsen forventes at belyse, hvordan tropiske økosystemer vil klare sig under stress af en varmere, tørre skift i klimaet.

Biosphere 2 har lukket regnskoven for offentligheden i hele forskningsperioden, men besøgende inviteres stadig til at udforske andre biomer under glasset.

"Vi er stort set nysgerrige efter et økosystems reaktion på tørke, og vi måler det på en måde uden sidestykke, "sagde Laura Meredith, regnskovsvidenskabelig direktør for Biosphere 2 og en af ​​tre ledere på dette internationale projekt. "Vi får kontrol, når tørken sker, og vi er klar med instrumenter. Dette er nyttigt for at teste modeller for at forudsige, hvad der sker med globale tropiske skove under klimaændringer. "

Eksperimentet er en del af $ 2,1 millioner (€ 1,9 millioner), femårigt European Research Council-tilskud erhvervet af Christiane Werner, en professor i økosystemfysiologi ved Tysklands universitet i Freiburg og en af ​​projektledere. Juniorforsker Nemiah Ladd, også fra Freiburg, var med til at organisere tilskuddet og er det tredje projektleder.

Normalt, Biosfæren 2 regnskoven modtager 5, 300 liter regn - nok til at fylde mere end 65 badekar - tre gange om ugen. Denne måned, Meredith og teamet vil tage målinger og observere biomet under normale forhold, før regnen lukkes af i oktober.

Teamet vil spore, hvordan kuldioxid og vanddamp strømmer gennem systemet før og efter den kunstige tørke, hvilket giver dem mulighed for at forstå, hvordan regnskoven vil reagere på stress, Sagde Werner.

"Den første del er at gå til individuelle komponenter i økosystemet, såsom blade, jord og rødder, og forstå, hvordan de behandler kulstof, "sagde Meredith, en adjunkt i økosystemgenomik på School of Natural Resources og medlem af BIO5 Institute. "Når planter har kulstof i banken, de skal beslutte, hvordan de skal bruge det. Dyrker de eller bruger de kulstof på andre måder til at håndtere stress? "

For at bestemme, hvordan planter af forskellige arter tildeler kulstof, holdet bruger et lille molekyle kaldet pyruvat til at fodre en bestemt type carbonatom - en isotop kaldet "carbon 13" - direkte til jorden, rødder og blade. Bevægelsen af ​​kulstof 13 gennem økosystemet vil blive sporet ved hjælp af sensorer indlejret i planterne og i hele biomet.

Forskerne planlægger også at bruge en anden tilgang:pulsmærkning. Ved at injicere en burst af kulstof 13 i form af gasformig kuldioxid i biomet, de kan spore, hvordan planterne, jord og mikrober optager og flytter kulstoffet.

"Vi vil vide, om målingerne fra bunden og op svarer til målingerne ovenfra og ned, "Sagde Meredith.

Denne metode er ikke kun unik, men også nyttig for forskere, der har til hensigt at modellere økosystemprocesser på en præcis måde. Vand vil blive sporet på en lignende måde, ved at spore vandets bevægelse fra jordbassiner til toppen af ​​atmosfæren.

Det internationale team vil også genetisk karakterisere de mikrobielle samfund, der lever i jord og blade med støtte fra UA Office of Research, Discovery and Innovation og U.S. Department of Energy User Facilities.

Ud over, de planlægger at måle, hvor flygtige organiske forbindelser, organiske kemikalier, der flyder gennem luften, bevæge sig gennem økosystemet under de forskellige forhold. Flygtige organiske forbindelser, eller VOC'er, er involveret i kommunikation, forsvar og signalering mellem og mellem mikrober og planter. De er også ansvarlige for dufte:jordlugt af VOC -geosmin; skovene lugter af isopren.

Meredith sagde, at de forventer at opdage, at planter bruger kul på forskellige måder under stress. Hun forventer også planter, jord og mikrober for at skabe andre VOC'er end de gør under normale forhold og angav, at de muligvis endda kunne opdage nye typer VOC'er.

Mange flygtige organiske forbindelser er vigtige for atmosfærisk kemi, men der er stadig spørgsmål om, hvad der biologisk skaber dem. Teamet vil også undersøge forholdet mellem VOC'er og mikrober.

"Flygtige organiske forbindelser er i lotioner, deodoranter, shampoo og mere, "sagde vicedirektør i Biosphere 2, John Adams." Hvis folk fik lov til at komme i regnskoven under forsøget, de flygtige organiske forbindelser, de afgiver, kan gøre det svært for forskere at tyde, hvad der kommer fra mennesker, og hvad der kommer fra regnskoven. "

Forskerne sagde, at denne form for videnskab kun kan udføres et sted som Biosphere 2.

"Det, jeg godt kan lide ved Biosphere 2, er, at den er vokset naturligt i så lang tid, "Sagde Werner, tilføjer, at økosystemets levetid gør det til en mere pålidelig proxy for en regnskov end et laboratorium.

"Biosphere 2 er et sted med ubegrænsede muligheder og hyper fantasi, "Sagde Meredith." Og for mig, mine interesser er i forholdet mellem atmosfæren og mikrober inden for Jordens biosfære (Biosfære 1). Biosphere 2 er indeholdt, hvilket gør det til et overdrevet laboratorium, hvor du direkte kan måle livets rolle på atmosfæren. Det er virkelig kraftfuldt. "

Werner fik den første gnist af ideen, da hun besøgte Biosphere 2 i 2011. Det er siden sneboldet ind i et initiativ drevet af 50 forskere fra fire lande, 10 europæiske institutioner og tre amerikanske institutioner. Teamet omfatter forskere fra forskellige områder såsom atmosfæriske videnskaber, mikrobiologi, genomik, hydrologi, cyberinfrastruktur, økologi, plantevidenskab og mere, Sagde Werner.

"Vi er begejstrede, fordi vi altid har forestillet os Biosphere 2 som en brugerfacilitet, "Dette sagde Adams." Dette vil styrke denne mission og vise gyldigheden ved at samle et internationalt team. "