気候変動により木々は「呼吸」が困難になる

ペンシルベニア州立大学主導の新たな研究結果によると、温暖で乾燥した気候では樹木は熱を閉じ込める二酸化炭素を隔離するのに苦労しており、地球温暖化が進む中、樹木はもはや人類の二酸化炭素排出量を相殺する解決策として機能しなくなる可能性がある。 研究者たち。

「温暖で乾燥した気候の樹木は、呼吸する代わりに咳をすることが分かりました」とペンシルバニア州立大学地球科学助教授であり、最近サイエンス誌に発表された研究の筆頭著者であるマックス・ロイド氏は述べた。 米国科学アカデミーの議事録。 「涼しく湿った環境にある木よりも、はるかに多くの二酸化炭素を大気中に放出します。」

プロセスを経て 光合成木は大気から二酸化炭素を取り除き、新たな成長を促します。 しかし、ストレスの多い条件下では、樹木は光呼吸と呼ばれるプロセスで大気中に二酸化炭素を放出します。 研究チームは、樹木組織の地球規模のデータセットを分析することにより、温暖な気候、特に水が限られている場合には光呼吸の速度が最大2倍高いことを実証した。 彼らは、亜熱帯気候におけるこの反応の閾値は、日中の平均気温が約 68 度を超えると超え始めることを発見しました。 F 気温がさらに上昇するとさらに悪化します。

気候適応における植物の複雑な役割

この発見は、大気から炭素を取り出したり利用したりする植物の役割についての一般的な考えを複雑にし、植物が気候変動にどのように適応するかについて新たな洞察を提供する。 さらに重要なことに、研究者らは、気候が温暖化するにつれて、植物が大気中から二酸化炭素を取り出し、地球の寒冷化に必要な炭素を吸収する能力が低下する可能性があることを今回の研究結果が示していると指摘している。

「私たちはこの基本的なサイクルのバランスを崩してしまったのです」とロイド氏は語った。 「植物と気候は密接に関係しています。私たちの大気から二酸化炭素を最も多く引き込むのは光合成生物によるものです。二酸化炭素は大気の組成にとって大きな鍵であり、小さな変化が大きな影響を与えることを意味します。」

米国エネルギー省によると、植物は現在、人間の活動によって排出される二酸化炭素の推定年間25％を吸収しているが、気候が温暖化するにつれて、特に水が不足すると、この割合は将来減少する可能性が高いとロイド氏は説明した。

「気候の将来について考えるとき、私たちは二酸化炭素の増加が予想されます。二酸化炭素は植物が呼吸する分子であるため、理論的には植物にとって良いことです」とロイド氏は語った。 「しかし、一部の主流モデルでは考慮されていないトレードオフが存在することを私たちは示しました。世界は暖かくなり、それは植物が二酸化炭素を取り込む能力が低下することを意味します。」

ペンシルベニア州立大学の研究者らが率いるチームは、樹木組織の世界規模のデータセットを分析することにより、温暖な気候、特に水が限られている場合には樹木の光呼吸速度が最大2倍高くなるということを実証した。 彼らは、アパラチアのこの地域やバレー地域などの亜熱帯気候では、日中の平均気温が華氏約68度を超えるとこの反応の閾値を超え始め、気温がさらに上昇するにつれて悪化することを発見した。 クレジット: ウォーレン・リード/ペンシルバニア州立大学

この研究で研究者らは、木材の一部に含まれるメトキシル基と呼ばれる特定の同位体の存在量の変動が、樹木の光呼吸のトレーサーとして機能することを発見した。 ロイド氏は、同位体はさまざまな種類の原子として考えることができると説明しました。 アイスクリームのバニラバージョンとチョコレートバージョンがあるのと同じように、原子には、質量の違いにより独自の「風味」を持つさまざまな同位体が存在することがあります。 研究チームは、光呼吸の傾向を観察するために、世界中のさまざまな気候や条件から採取した約30本の樹木標本から採取した木材サンプル中のメトキシル同位体「風味」レベルを研究した。 サンプルは次のアーカイブから取得しました。 カリフォルニア大学バークレー校、1930 年代から 1940 年代に収集された何百もの木材サンプルが含まれています。

「このデータベースはもともと、森林管理者が世界中のさまざまな場所の木を見分ける方法を訓練するために使用されていました。そこで、私たちはそれを再利用して、基本的にこれらの森林を再構築し、それらが二酸化炭素をどれだけ吸収しているかを確認しました」とロイド氏は述べました。

これまで、光呼吸の速度は、生きている植物、または構造的炭水化物を保持したよく保存された死んだ標本を使用してリアルタイムで測定することしかできませんでした。つまり、植物が炭素を隔離する速度を大規模に、または過去に研究することはほぼ不可能でした。 。 ロイドが説明した。

未来を理解するために過去に目を向ける

研究チームは木材を使って光呼吸の速度を監視する方法を検証したので、この方法は研究者に、将来的に樹木がどれだけうまく「呼吸」するか、そして過去の気候でどのように機能したかを予測するツールを提供できる可能性があると同氏は述べた。

大気中の二酸化炭素の量は急速に増加しています。 によると、それはすでに過去360万年のどの時期よりも大きいです。 米国海洋大気局。 ロイド氏は、この時期は地質時代では比較的最近のものだと説明した。

研究チームは今後、珪化木を使って、数千万年前までの古代における光呼吸の速度を発見することに取り組む予定だ。 これらの方法により、研究者は、植物の光呼吸が地質時代の気候に及ぼす影響の変化に関する既存の仮説を明示的に検証できるようになります。

「私は地質学者で、過去に働いていました」とロイドは言いました。 「したがって、気候が現在と大きく異なっていたときにこのサイクルがどのように機能したかについての大きな問題に興味がある場合、生きている植物を使用することはできません。おそらく、私たちの気候が何を意味するかをよりよく理解するには、何百万年も遡る必要があります。未来はこうなるだろう。」

参考文献：「樹木の光呼吸に代わる木材の同位体クラスタリング」Max K. Lloyd、Rebekah A. Stein、Daniel E. Ibarra、Richard S. Barclay、Scott L. Wing、David W. Stahle、Todd E. Dawson 著そしてダニエル A. ストルパー、2023 年 11 月 6 日、 米国科学アカデミーの議事録。
土井: 10.1073/pnas.2306736120

この論文の他の著者は Rebecca A. スタインとダニエル A. ストルパー、ダニエル E. イバラ、トッド E. カリフォルニア大学バークレー校のドーソン。 リチャード S. バークレーとスコット L. スミソニアン国立自然史博物館の部門とアーカンソー大学のデイビッド・W・スタール。

この研究は、Aguron Institute、Hyssing-Simons Foundation、および米国国立科学財団から一部資金提供を受けました。