En chiral overraskelse i regnskoven

Skove som Amazonas regnskoven udsender enorme mængder af biogene flygtige organiske forbindelser (BVOC) til atmosfæren. Disse forbindelser påvirker atmosfærens fysiske og kemiske egenskaber og også vores klima. Molekylerne reagerer hurtigt med omgivende OH-radikaler og ozon, og derved påvirke atmosfærens oxidationskapacitet for forurenende stoffer som kulilte og drivhusgasser som metan. Desuden, BVOC er forstadier til sekundære organiske aerosoler, som påvirker Jordens strålingsbudget.

Mange BVOC'er såsom α-pinen er chirale. Det betyder, at de findes i to ikke-overlejrede spejlbilleder ligesom vores venstre og højre hånd. Forskere taler om enantiomerer, eller plus- og minusformer. Imidlertid, alle fysiske egenskaber såsom deres kogepunkt, masse og deres reaktionshastighed med atmosfæriske oxidationsmidler som OH og ozon er identiske.

På trods af den kemiske lighed mellem disse chirale par, insekter og planter kan skelne mellem enantiomere former for feromoner og fytokemikalier, selv om der kun har været ringe opmærksomhed på blandingsforholdet mellem de to adskilte former i skovene. Tidligere målinger rapporterede, at minus α-pinen var det dominerende chirale molekyle i den tropiske skov. Forskere fra Max Planck Institute for Chemistry, Johannes Gutenberg-Universitetet Mainz og fra Brasilien har nu gjort en overraskende opdagelse:Fra det 325 meter høje måletårn i Amazonas regnskoven, de var i stand til at vise, at forholdet mellem a-pinen-enantiomererne varierer i lodret med en faktor ti. Holdet omkring Max Planck-forskeren Nora Zannoni kunne også påvise, at koncentrationerne er højdeafhængige og varierer med tidspunktet på dagen og i både våde og tørre årstider.

Mens plus-α-pinen dominerer på 40 meter når som helst og på 80 meter om natten, minusformen dominerer på 80 meter i løbet af dagen og i alle andre højere højder når som helst. Holdet observerede også, at minus α-pinen koncentrationen afhænger af temperaturen ved 80 meter, mens plus α-pinen ikke gør det. "Den fotosyntetiske aktivitet af vegetationen afhænger af temperatur og stomatal åbning. Den driver således emissionerne af minus α-pinen, viser, at blade er hovedkilden til emission af denne isomer, og at de to isomerer frigives fra blade gennem forskellige veje, " siger Zannoni, som er førsteforfatter til en undersøgelse, der for nylig er offentliggjort i videnskabsmagasinet Kommunikation Jord &Miljø .

Termitter som ukendt kilde til plus α-pinen i baldakinen?

I den tørre sæson, det chirale forhold mellem de to former vender ved 80 meter. "Dette indikerer en stærk, ukarakteriseret kilde til plus α-pinen i baldakinen, " siger Jonathan Williams, gruppeleder ved instituttet i Mainz og sidste forfatter til undersøgelsen. Da forskerne kunne udelukke atmosfæriske dræn som chiral-selektiv nedbrydning af pinen af ​​OH-radikaler og ozon eller aflejring på aerosoler samt indflydelsen af ​​vindretning og sollys, de har i stedet mistanke om, at insektpåvirkninger såsom fodring af planteædere og termitteremissioner er ansvarlige for de højere værdier af plus α-pinen. For at teste en mulig påvirkning af insekter udførte forskerne yderligere målinger over termitreder, som bekræftede, at sådanne emissioner kan vælte det omgivende chirale forhold mellem α-pinen. Da termitbestandene forventes at stige betydeligt i fremtiden med fortsat skovrydning og klimaopvarmning, deres indflydelse skal overvejes i skovemissionsmodeller og skovsignalering.

"Vi ved også, at planter kan frigive store mængder plus α-pinen, når de bliver skadet eller spist, " tilføjer Williams. Dette understøttes af målinger af flygtige forbindelser forbundet med bladsår, der endda afslørede, hvornår planteæderne var mest aktive. De atmosfæriske kemikere Zannoni og Williams konkluderer, at de er nødt til at genoverveje, hvordan baldakinemissioner af flygtige organiske forbindelser simuleres, og tage hele økosystemet i betragtning.