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Verdickung von Pflanzenblättern: Eine neue Bedrohung für den Klimawandel

In einigen Teilen der Welt sind die CO2-Werte so hoch gestiegen, dass die Pflanzenblätter anfingen, sich zu verdicken.

Da dickere Pflanzenblätter Kohlendioxid weniger effizient absorbieren, reagiert diese scheinbar harmlose physiologische Reaktion auf steigende Kohlendioxidwerte kann die Auswirkungen des Klimawandels verschlechternForschern der University of Washington zufolge.

Jedes Jahr absorbieren Pflanzen durch Photosynthese, bei der die meisten Pflanzen Nahrung aus Wasser und Kohlendioxid synthetisieren, große Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

Durch diesen Prozess wurden Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre entfernt und die Auswirkungen der Emissionen von fossilen Brennstoffen auf den Menschen gemindert.

Wenn jedoch der Kohlendioxidgehalt weiter steigt und die Blätter sich verdichten, werden die Wälder der Welt das Treibhausgas weniger effizient einleiten.

Infolgedessen verbleiben riesige Mengen Kohlendioxid in der Atmosphäre, wodurch die globale Temperatur laut der UW-Studie möglicherweise um 0.3 bis 1.4 Grad Celsius über den derzeitigen Erwartungen liegt.

"Es wurde beobachtet, dass Pflanzen ihre Merkmale, wie z. B. die Blattdicke, als Reaktion auf zukünftige Umweltbedingungen ändern. Die Auswirkungen dieser Änderungen auf das Klima wurden jedoch noch nicht quantifiziert", sagte der leitende Autor Abigail Swann, ein UW-Assistenzprofessor für Atmosphärenwissenschaften und Biologie.

Swann und Hauptautor Marlies KovenockDer UW-Doktorand für Biologie verwendete Computersimulationen zur Darstellung der Erdatmosphäre, des Ozeans und der Landoberfläche, um zu testen, wie sich eine Änderung der Blattdicke auf die Klimaprojektionen auswirken würde.

Auf diese Weise konnten sie die Auswirkungen der Blattverdickung auf die Oberflächentemperaturen, das Pflanzenwachstum und die Menge an Kohlendioxid abschätzen, die die Pflanzen durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernen.

In ihren Modellen testeten sie die Eindickungsmenge für einen Kohlendioxidgehalt von 710 parts per million (ppm), der in den Szenarien mit den höchsten Emissionen voraussichtlich bei etwa 2070 auftritt. Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre liegt heute bei etwa 410 ppm.

Bild: Kovenock und Swann, 2018, Global Biogeochemical Cycles

"Wir zeigen, dass Änderungen der Pflanzenmerkmale große Auswirkungen auf das Klima haben können, einschließlich höherer Temperaturen und relativer Abnahmen der Photosynthese von Pflanzen, die bisher nicht berücksichtigt wurden", sagte Swann.

"Dies liegt daran, dass dickere Blätter für Pflanzen teurer sind und sie daher weniger Blätter bilden können, was zu einer geringeren Verdunstungskühlung der Landoberfläche und einer geringeren Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch Pflanzen führt."

Das Verdicken von Blättern ist eine physiologische Reaktion, die bei den meisten Arten von Blattpflanzen mit Ausnahme von Gräsern beobachtet wird, erklärte Kovenock.

„Die Hypothese, warum Blätter dicker werden, lautet, dass Pflanzen mit zunehmendem Kohlendioxid in der Lage sind, mehr Photosynthese zu betreiben und mehr Zucker zu produzieren. Sie sind jedoch möglicherweise nicht in der Lage, mehr Gewebe wie Stängel und Blätter zu züchten, da ihnen eine andere Ressource fehlt Nährstoffe “, sagte Kovenock.

„All der zusätzliche Zucker, den sie produzieren, wird in den Blättern gespeichert und führt zu dickeren Blättern. Die dickeren Blätter können ihnen auch helfen, Nährstoffe wie Stickstoff auf eine kleinere Blattfläche zu konzentrieren und ihre Photosyntheseraten hoch zu halten. “

Die durch Pflanzen verursachte globale Kohlenstoffsenke hat eine große Rolle bei der Abschwächung der Auswirkungen der Emissionen fossiler Brennstoffe gespielt. Dies könnte sich ändern, wenn sich die Pflanzenblätter wie erwartet verdicken.

Durch ihre Modellierung stellten die Forscher fest, dass verdickte Blätter etwa 5.8-Petagramme oder 6.39-Milliarden-Tonnen Kohlendioxid pro Jahr in der Atmosphäre hinterlassen könnten. Die Emissionen fossiler Brennstoffe verursachen jedes Jahr etwa 8-Petagramme der Kohlendioxidverschmutzung.

Ihre Modellierung zeigte auch, dass die Auswirkungen ungleich verteilt wären und in einigen Gebieten eine Vielzahl von unvorhergesehenen Auswirkungen auf das Klima- und Wetterverhalten haben könnten.

Beispielsweise wird erwartet, dass die Temperatur in Teilen Eurasiens und des Amazonasbeckens mindestens stärker ansteigt, da dickere Blätter die Verdunstungskühlung durch Pflanzen und die Wolkenbildung behindern könnten.

Die Forscher betonten, dass dies nur eine Möglichkeit ist, wie die Pflanzenphysiologie in Zukunft das globale Klima beeinflussen kann, und dass genaue Klimamodelle die Reaktionen der Pflanzen berücksichtigen müssen.

„Wenn dieses einzelne Merkmal - die Blattdicke - bei hohem Kohlendioxidgehalt den Verlauf des künftigen Klimawandels so stark beeinflusst, sollten nach unserer Überzeugung globale Klimamodelle andere Aspekte der Pflanzenphysiologie und des Pflanzenverhaltens berücksichtigen, wenn sie vorhersagen, was passiert Das Klima wird später in diesem Jahrhundert so aussehen “, sagte Kovenock in einer Erklärung.

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