El cambio climático está haciendo que los árboles tengan problemas para «respirar»

Los árboles están luchando por secuestrar el dióxido de carbono (CO2) que atrapa el calor en climas más cálidos y secos, lo que significa que es posible que ya no sirvan como solución para compensar la huella de carbono de la humanidad a medida que el planeta continúa calentándose. investigadores.

«Descubrimos que los árboles en climas más cálidos y secos esencialmente tosen en lugar de respirar», dijo Max Lloyd, científico investigador asistente en geociencias en Penn State y autor principal del estudio publicado recientemente en Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. «Están devolviendo CO2 a la atmósfera mucho más que los árboles en condiciones más frías y húmedas».

A través del proceso de fotosíntesis, los árboles eliminan CO2 de la atmósfera para producir nuevo crecimiento. Sin embargo, en condiciones estresantes, los árboles liberan CO2 a la atmósfera, un proceso llamado fotorrespiración. Con el análisis de un conjunto de datos globales de tejido de árboles, el equipo de investigación demostró que la tasa de fotorrespiración es hasta dos veces mayor en climas más cálidos, especialmente cuando el agua es limitada. Descubrieron que el umbral para esta respuesta en climas subtropicales comienza a superarse cuando las temperaturas diurnas promedio superan los 68 grados. Fahrenheit y empeoran con nuevos aumentos de temperaturas.

El complicado papel de las plantas en la adaptación climática

Los hallazgos complican las creencias generalizadas sobre el papel de las plantas a la hora de ayudar a absorber o utilizar el carbono de la atmósfera, proporcionando nuevos conocimientos sobre cómo las plantas podrían adaptarse al cambio climático. Es importante destacar que los investigadores señalaron que a medida que el clima se calienta, sus hallazgos demuestran que las plantas pueden ser menos capaces de extraer CO2 de la atmósfera y asimilar el carbono necesario para ayudar a enfriar el planeta.

“Hemos desequilibrado este ciclo esencial”, dijo Lloyd. “Las plantas y el clima están indisolublemente ligados. La mayor reducción de CO2 de nuestra atmósfera se debe a la fotosíntesis de los organismos. Es un factor importante en la composición de la atmósfera, por lo que los pequeños cambios tienen un gran impacto».

Según el Departamento de Energía de Estados Unidos, las plantas absorben actualmente alrededor del 25% del CO2 emitido cada año por las actividades humanas, pero es probable que este porcentaje disminuya en el futuro a medida que el clima se caliente, explicó Lloyd, especialmente si el agua escasea.

«Cuando pensamos en el futuro del clima, predecimos que el CO2 aumentará, lo que en teoría es bueno para las plantas porque esas son las moléculas que respiran», dijo Lloyd. “Pero hemos demostrado que habrá una compensación que algunos modelos predominantes no tienen en cuenta. El mundo se calentará más, lo que significa que las plantas serán menos capaces de absorber ese CO2”.

Con un análisis de un conjunto de datos global de tejido de árboles, un equipo dirigido por investigadores de Penn State ha demostrado que la tasa de fotorrespiración en los árboles es hasta dos veces mayor en climas más cálidos, especialmente cuando el agua es limitada. Descubrieron que el umbral para esta respuesta en climas subtropicales, como esta parte de la región de la Cordillera y el Valle de los Apalaches, comienza a superarse cuando las temperaturas diurnas promedio superan los 68 grados Fahrenheit y empeora a medida que las temperaturas aumentan aún más. Crédito: Warren Reed/Penn State

En el estudio, los investigadores descubrieron que la variación en la abundancia de ciertos isótopos de una parte de la madera llamados grupos metoxi actúa como marcador de la fotorrespiración en los árboles. Se puede pensar en los isótopos como variedades de átomos, explicó Lloyd. Así como es posible que tenga versiones de helado de vainilla y chocolate, los átomos pueden tener diferentes isótopos con sus propios “sabores” únicos debido a las variaciones en su masa. El equipo estudió los niveles del “sabor” del isótopo metoxi en muestras de madera de una treintena de especímenes de árboles de una variedad de climas y condiciones en todo el mundo para observar las tendencias en la fotorrespiración. Los especímenes proceden de un archivo del Universidad de California, Berkeleyque contiene cientos de muestras de madera recolectadas en las décadas de 1930 y 1940.

«La base de datos se utilizó originalmente para capacitar a los forestales para identificar árboles de diferentes lugares del mundo, por lo que la reutilizamos para esencialmente reconstruir estos bosques y ver cuánto estaban absorbiendo CO2», dijo Lloyd.

Hasta ahora, las tasas de fotorrespiración sólo podían medirse en tiempo real utilizando plantas vivas o especímenes muertos bien conservados que retuvieran carbohidratos estructurales, lo que significaba que era casi imposible estudiar la velocidad a la que las plantas absorben carbono a gran escala o en el pasado. . . , explicó Lloyd.

Mirar al pasado para entender el futuro

Ahora que el equipo ha validado una forma de observar la tasa de fotorrespiración utilizando madera, dijeron que el método podría brindar a los investigadores una herramienta para predecir qué tan bien los árboles podrían «respirar» en el futuro y cómo se desempeñaron en climas pasados.

La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera está aumentando rápidamente; ya es más grande que en cualquier otro momento de los últimos 3,6 millones de años, según el Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. Pero ese período es relativamente reciente en términos geológicos, explicó Lloyd.

El equipo ahora trabajará para desenterrar las tasas de fotorrespiración en el pasado antiguo, hasta hace decenas de millones de años, utilizando madera fosilizada. Los métodos permitirán a los investigadores probar explícitamente las hipótesis existentes sobre la influencia cambiante de la fotorrespiración de las plantas en el clima a lo largo del tiempo geológico.

«Soy geólogo, trabajo en el pasado», dijo Lloyd. “Entonces, si estamos interesados ​​en estas grandes preguntas sobre cómo funcionaba este ciclo cuando el clima era muy diferente al actual, no podemos usar plantas vivas. Quizás tengamos que retroceder millones de años para comprender mejor cómo podría ser nuestro futuro».

Referencia: “Aglomeración isotópica en la madera como indicador de la fotorrespiración en los árboles” por Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson y Daniel A. Stolper, 6 de noviembre de 2023, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2306736120

Otros autores del artículo son Rebekah A. Stein, Daniel A. Stolper, Daniel E. Ibarra y Todd E. Dawson de la Universidad de California, Berkeley; Richard S. Barclay y Scott L. Wing del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural y David W. Stahle de la Universidad de Arkansas.

El trabajo fue financiado en parte por el Instituto Agouron, la Fundación Heising-Simons y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.