Verdickung von Pflanzenblättern: Eine neue Bedrohung für den Klimawandel

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In einigen Teilen der Welt ist der CO2-Gehalt so stark angestiegen, dass die Blätter der Pflanzen zu verdicken beginnen.

Da dickere Pflanzenblätter Kohlendioxid weniger effizient absorbieren, ist diese scheinbar harmlose physiologische Reaktion auf steigende Kohlendioxidwerte kann die Auswirkungen des Klimawandels verschlimmern, so Forscher der University of Washington.

Jedes Jahr nehmen Pflanzen durch Photosynthese große Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem die meisten Pflanzen Nahrung aus Wasser und Kohlendioxid synthetisieren.

Durch diesen Prozess wurden Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre entfernt und so dazu beigetragen, die Auswirkungen menschlicher Emissionen fossiler Brennstoffe zu mildern.

Da jedoch der Kohlendioxidgehalt weiter ansteigt und die Blätter dichter werden, werden die Wälder der Welt das Treibhausgas weniger effizient aufnehmen.

Infolgedessen verbleiben große Mengen Kohlendioxid in der Atmosphäre, was laut der UW-Studie die globale Temperatur möglicherweise um weitere 0.3 bis 1.4 Grad Celsius über die derzeitigen Erwartungen hinaus ansteigen lässt.

„Es wurde beobachtet, dass Pflanzen ihre Merkmale, wie etwa die Dicke der Blätter, als Reaktion auf zukünftige Umweltbedingungen ändern, aber die Auswirkungen dieser Veränderungen auf das Klima wurden noch nicht quantifiziert“, sagte der leitende Autor Abigail Swann, ein UW-Assistenzprofessor für Atmosphärenwissenschaften und Biologie.

Swann und Hauptautor Marlies Kovenock, ein UW-Doktorand in Biologie, nutzte Computersimulationen, die die Erdatmosphäre, den Ozean und die Landoberfläche darstellen, um zu testen, wie sich eine Änderung der Blattdicke auf Klimaprojektionen auswirken würde.

Dadurch konnten sie abschätzen, welche Auswirkungen eine Verdickung der Blätter auf die Oberflächentemperaturen, das Pflanzenwachstum und die Menge an Kohlendioxid haben würde, die die Pflanzen durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernen.

In ihren Modellen testeten sie das Ausmaß der Verdickung bei einem Kohlendioxidgehalt von 710 Teilen pro Million (ppm), der in den Szenarien mit den höchsten Emissionen voraussichtlich bis etwa 2070 eintreten wird. Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre liegt heute bei etwa 410 ppm.

Bild: Kovenock und Swann, 2018, Globale biogeochemische Kreisläufe

„Wir zeigen, dass Veränderungen in Pflanzenmerkmalen weitreichende Auswirkungen auf das Klima haben könnten, einschließlich höherer Temperaturen und relativer Rückgänge bei der Photosynthese von Pflanzen, die bisher nicht berücksichtigt wurden“, sagte Swann.

„Dies liegt daran, dass der Bau dickerer Blätter für Pflanzen kostspieliger ist 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 der Blätter ist eine physiologische Reaktion, die bei den meisten Arten von Blattpflanzen beobachtet wird, mit Ausnahme von Gräsern, erklärte Kovenock.

„Die Haupthypothese dafür, warum Blätter dicker werden, ist, dass Pflanzen mit steigendem Kohlendioxid in der Lage sind, mehr Photosynthese zu betreiben und mehr Zucker zu produzieren, sie aber möglicherweise nicht in der Lage sind, tatsächlich mehr Gewebe wie Stängel und Blätter zu bilden, weil ihnen andere Ressourcen wie z Nährstoffe“, sagte Kovenock.

„Der gesamte zusätzliche Zucker, den sie produzieren, wird letztendlich in den Blättern gespeichert, was zu dickeren Blättern führt. Die dickeren Blätter können ihnen auch dabei helfen, Nährstoffe wie Stickstoff auf einer kleineren Blattfläche zu konzentrieren und ihre Photosyntheseraten hoch zu halten.“

Die durch Pflanzen verursachte globale Kohlenstoffsenke hat eine große Rolle bei der Abmilderung der Auswirkungen der Emissionen fossiler Brennstoffe gespielt. Dies könnte sich ändern, wenn die Blätter der Pflanze wie erwartet dicker werden.

Durch ihre Modellierung fanden die Forscher heraus, dass die Verdickung der Blätter etwa 5.8 Petagramm oder 6.39 Milliarden Tonnen Kohlendioxid pro Jahr in der Atmosphäre hinterlassen könnte. Die Emissionen fossiler Brennstoffe verursachen jedes Jahr etwa 8 Petagramm Kohlendioxidverschmutzung.

Ihre Modellierung zeigte auch, dass die Auswirkungen ungleichmäßig verteilt wären und in einigen Gebieten zu einer Vielzahl unvorhergesehener Auswirkungen auf Klima und Wettermuster führen könnten.

Beispielsweise wird erwartet, dass die Temperatur in Teilen Eurasiens und im Amazonasbecken einen höheren minimalen Temperaturanstieg verzeichnen wird, wo dickere Blätter die Verdunstungskühlung durch Pflanzen und die Wolkenbildung behindern könnten.

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

„Wenn dieses einzelne Merkmal – die Blattdicke – bei hohen Kohlendioxidwerten einen so erheblichen Einfluss auf den Verlauf des zukünftigen Klimawandels hat, glauben wir, dass globale Klimamodelle andere Aspekte der Pflanzenphysiologie und des Pflanzenverhaltens berücksichtigen sollten, wenn sie versuchen, das vorherzusagen.“ „Das Klima wird später in diesem Jahrhundert aussehen“, sagte Kovenock in einer Erklärung.

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