Fotosentezde mevsimsel artışlardan sorumlu Amazon'da senkronize yaprak yaşlanması
Atmosferdeki karbondioksit seviyesi 800 bin yılın zirvesine çıktı (Haziran 2019).
Amazon yağmur ormanlarında yüz elli metre yükseklikte, her yöne doğru geniş bir yeşil okyanus yayılıyor. Yağmur ormanı gölgesi, dünyanın atmosferinden muazzam miktarda karbon alan, çoğunlukla tropikal yaprak dökmeyen ağaçlardan oluşur. Bu ormanlardaki karbon döngüsünü anlamak - karbonun bitkiler ve toprakta nasıl depolandığı ve daha sonra atmosfere geri döndüğü - gelecekte küresel iklimin nasıl değişeceğini tahmin eden doğru modeller oluşturmak çok önemlidir. Bu yapının anahtarı tropikal ormanlarda fotosentezi anlamaktır.
ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda doktora sonrası araştırma görevlisi olan Jin Wu, "Tropikal yaprak dökmeyen ormanlardaki fotosentezin öncelikle mevsimsel iklim veya yağmur ormanlarının iç dinamikleri tarafından yönlendirilip tetiklenmediğini anlamak istiyoruz." Dedi. Wu, Ph.D. Arizona Üniversitesi Ekoloji ve Evrimsel Biyoloji Doçenti Scott Saleska, 26 Şubat'ta Science dergisinde yayınlandı.
Wu, Scott Saleska'nın laboratuvarının diğer üyeleri ve Brezilya, Avustralya ve Japonya'dan uluslararası işbirlikçilerle birlikte, Amazon yağmur ormanlarının kurak mevsiminde yeni yaprak büyümesinin eski yaprak kaybıyla senkronize olduğunu buldu. Bu, ağaç kanopisinin yapısını, daha yüksek fotosentez kapasitesi gösteren daha genç yapraklara doğru kaydırır ve ekosistem boyunca fotosentezde gözlenen büyük mevsimsel artışları açıklar.
İklim modelleri, genellikle bu zor ulaşılan bölgelerden gelen veri eksikliğinden dolayı tropikleri aşırı basit bir şekilde temsil etmektedir. Bu görüş, tropik ormanların yıl boyunca sürekli kanopi yeşilliğine sahip olduğunu varsayıyordu - ılıman ormanlardaki dramatik mevsim değişikliklerinden farklı olarak, canlı kırmızılar ve sarılar tarafından müjdelendi.
Wu, "Peyzaj seviyesinde, her zaman yaprak dökmeyen görünüyor" dedi. Ancak geniş ölçekli görüntüler - örneğin uydular tarafından çekilenler - çoğu zaman fotosentez düzeyini büyük ölçüde etkileyen zemin seviyesindeki incelikleri ayırt edemezler. Wu, “Evergreen, iç dinamikleri olmadığı anlamına gelmez” dedi.
Ormandaki ağaçları görmek
Bu iç dinamiğin fotosentez üzerindeki etkisini daha iyi incelemek için, Wu ve meslektaşları Amazon'daki dört bölgeden elde edilen tüm verileri, çok çeşitli ağaç türleri, yağış gradyanları ve toprak tipleri ile kullanmışlardır: Amazon Nehri boyunca ekvatorun yakınında üç nokta ve Amazon'un güney tarafında bir su sınırlı alan.
Bu sitelerdeki araştırmacılar, tüm ormandaki toplam fotosentez oranını hesaplamalarına izin veren değişkenleri ölçtüler. Bu ölçümlerden elde edilen fotosentetik kapasitenin mevsimsel olduğunu bulmuşlardır. Yani, orman her daim yeşil olsa da, iç fotosentez makineleri yıl boyunca değişir.
Bu değişikliklere neyin sebep olduğunu belirlemek için, ağaç kare üzerinde tünemiş bir kule üzerine monte edilmiş kameralar kullandılar ve bir kare karenin yaklaşık üçte biri kadar bir alanı araştırdılar ve kanopi kronlarındaki yaprakların değişen miktarlarını ve niteliklerini gözlemlediler. Yaprak mevsiminin kuru mevsimde önemli ölçüde arttığını bulmuşlardır, ancak bu artışlar fotosentetik kapasiteden en az 1 ay önce ortaya çıkmıştır, ki bu da yaprak alanındaki artıştan iki kat daha fazla artmıştır.
Wu, "Bu sadece bir fark yaratan yaprakların miktarı değil. Tropikal yaprak dökmeyen ormanlarda, yaprakların toplam miktarı o kadar değişmez, bu yüzden yaprakların kalitesi fotosentezde önemli bir sürücüdür" dedi.
Yaprak yaşı önemlidir
Yaprakların kalitesini araştırmak için, uzman ağaç tırmanıcıları, ormana doğru ilerlerken araştırmacılara eşlik ettiler, ağaçların ağaçların yapraklarını tek tek yapraklara ayırdıkları zamandan itibaren haftalık olarak ve sonra ayda bir fotoğraf çektiler. Bu çalışma, yaşam döngüleri boyunca yaprak biyofiziksel ve fizyolojik özelliklerinde önemli değişiklikler olduğunu ortaya koymuştur.
Wu, "Fotosentez bir metabolizma gibidir, " dedi. "İnsanoğlu olarak, metabolik oranlarımız kuvvetle yaş bağımlıdır. Yapraklar benzerdir. İlk iki ayı boyunca yapraklar genişler ve daha fazla klorofil elde eder, daha yeşil olur." Ancak Wu ve ekibi, yaprakların foton sentetik zirvesine, iki ila beş aylık arasında tamamen genişleyene kadar ulaşmadığını buldu. Bu noktada, ışığı absorbe etmede ve ışığın yiyeceğe dönüştürülmesinde (yani depolanmış karbonda) daha etkilidirler. Altı ay sonra fotosentetik oranları 'yaşlı' yaşlandıkça azalır.
Yaprak yaşının fizyoloji üzerindeki etkisi, fotosentez kapasitesindeki şaşırtıcı derecede yüksek mevsimsel değişiklikleri açıkladı.
Wu, tropikal yaprak dökmeyen yapraklar hakkındaki bu ayrıntıları yeryüzü sistem modellerine dahil etmenin karbon değişiminin daha kesin tahmin edicilerine ve sonuçta iklim ile ilgili geribildirimlerine olanak tanıyacağını söyledi.
Tropiklerin hesaba katılması
Wu, "Tropik yağmur ormanları biyolojik olarak gerçekten çok önemlidir, ancak bizim anlayışımız çok sınırlıdır, çünkü mevcut veriler çok sınırlıdır, " dedi.
Doktora çalışmasını, bu bölgeden gelen verilerin azlığı, Yeni Nesil Ekosistem Deneyleri - Tropics (NGEE-Tropics) için çare olarak tasarlanan bir programda doktora sonrası olarak sürdürmektedir. Bu proje DOE Bilim Dairesi tarafından desteklenmekte ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarının Yer Bilimleri Bölümü tarafından Brookhaven dahil ortak enstitüler ile yürütülmektedir.
NGEE-Tropics, iklim modelindeki belirsizliği önemli ölçüde azaltmak ve tropik orman ekosistemlerinin iklim ve atmosfer değişikliğine nasıl cevap vereceğine dair bilimsel anlayışı artırmak için 10 yıllık iddialı bir projedir.
Wu geçenlerde Panama'da, yağmur ormanları ile yakın ve kişisel olarak kalkıyordu. Brookhaven bilim adamları Kim Ely, Shawn Serbin ve Alistair Rogers'la birlikte, El Niño-Güney Salınımının (ENSO) fotosentezin kuraklığa olan tepkisi üzerindeki etkisini inceliyor ve modelin belirsizliğini ve diğerlerini etkileyen önemli fizyolojik özellikler arasındaki ilişkileri kuruyor. gözlemler.
“Tropikal ormanlarda karasal karbon döngüsü hakkında anlayışımızı geliştirmek istiyorsak, yılın hangi zamanlarında hangi yaprak türlerinin bulunduğunu ve bunların fizyolojik özelliklerini bilmemiz gerekiyor” dedi. "Modellerimizi bu verilerle geliştirebiliriz ve ileride kuveytli kameralardan, uçaklardan ve uydulardan uzaktan algılama ile neleri arayacağımızı daha iyi anlayabiliriz."