Het is een lange weg tussen centraal Pennsylvania en Groenland - minstens 2, 000 mijl - maar Laura Radville kwam naar Penn State om klimaatverandering te bestuderen in de 'ijsberghoofdstad van de wereld'.

Echter, het onderzoek in Groenland door de inwoner van Boston ging helemaal niet over ijs, maar eerder planten - arctische struiken om precies te zijn. Haar werk richtte zich op hoe stijgende luchttemperaturen de groei van bladeren en stengels veel meer beïnvloeden dan de groei van wortels, misschien "ontkoppelen" bovengrondse en ondergrondse plantontwikkeling, of fenologie.

"Het College of Agricultural Sciences in Penn State stuurt al jaren docenten en studenten naar Groenland om onderzoek te doen. en ik wilde klimaatverandering gaan bestuderen omdat het een enorm probleem is, " zei Radville, een promovendus in de ecologie. "Dit was een bijzonder gaaf project omdat ik de toendra op mocht."

Verschuivingen in groeipatronen van planten zijn op grote schaal gemeld als reactie op de opwarming van de aarde, en het is goed gedocumenteerd dat opwarming over het algemeen de groei van bovengrondse planten bevordert, merkte Radville op, die wordt geadviseerd door David Eissenstat, hoogleraar houtige plantenfysiologie. Maar de invloed van de opwarming op de wortelfenologie is onduidelijk.

De meeste terrestrische biosfeermodellen gaan ervan uit dat wortel- en scheutgroei tegelijkertijd plaatsvinden en op dezelfde manier worden beïnvloed door opwarming, maar recente studies suggereren dat dit niet het geval is. Het testen van deze veronderstelling is vooral belangrijk in het noordpoolgebied, Radville wees erop, waar meer dan 70 procent van de plantaardige biomassa ondergronds kan zijn en de opwarming sneller gaat dan in andere ecosystemen.

In een paper gepubliceerd in Climate Change Responses begin dit jaar, Radville meldde dat de piekwortelgroei twee en een halve week voor de bladgroei plaatsvond op de toendra in Groenland, wat suggereert dat de lentewortelfenologie niet wordt gecontroleerd door koolstof die wordt geproduceerd tijdens de lentefotosynthese. Dit kan de lentewortelfenologie loskoppelen van de lentescheutfenologie.

In overeenstemming met een dergelijke ontkoppeling, bladgroei in de lente werd bevorderd door opwarming en vertraagd door herbivoren door migrerende kariboes, maar geen van beide beïnvloedde de wortelfenologie significant. Wortelgroei werd niet aangedreven door de bodemtemperatuur en vond plaats bij temperaturen rond het vriespunt boven de permafrost. In aanvulling, zomerwortelproductie bleek verband te houden met bodemvocht.

Meer recentelijk Radville, die een bachelorgraad in biologie behaalde aan het College of the Holy Cross in Massachusetts en een mastergraad in biologie aan de Universiteit van Rhode Island, vond een vergelijkbare discrepantie tussen de groei van wortels en de groei van bladeren en stengels in druivenplanten in twee ver van elkaar verwijderde regio's. In een onderzoekspaper dat deze maand is gepubliceerd in de American Journal of Botany , ze meldde dat een meerjarige analyse aantoonde dat bovengrondse druivenfenologie anders reageert dan ondergrondse fenologie op veranderingen in luchttemperatuur.

"De opwarming van de aarde kan de timing van bovengrondse en ondergrondse groei verder ontkoppelen, en dat is belangrijk om te begrijpen, want bijvoorbeeld, druiventelers moeten weten wanneer ze water en voedingsstoffen moeten neerzetten als de wortels groeien, " zei ze. "Maar je kunt de wortelgroei niet echt meten op basis van wanneer de bladeren groeien. En klimaatverandering maakt het moeilijker om te raden wanneer wortels groeien."

In de wijngaarden, Onderzoekers van Penn State begroeven doorzichtige plastic buizen, minirhizotrons genaamd, rond geselecteerde planten om de timing van de productie van druivenwortels te onderzoeken. Het onderzoek strekte zich uit over vijf jaar in Fredonia, New York, en gedurende een periode van drie jaar in Oakville, Californië. Kleine camera's werden door de buizen geleid, ondergronds, om de groei van aangrenzende wortels te documenteren.

Het effect van klimaatverandering op toendrastruiken zal waarschijnlijk niet de aandacht trekken van wijnliefhebbers die zich zorgen maken over de toekomstige groei van hun favoriete druiven, maar het is toch belangrijk, volgens Radville. De Graminoid-plantengemeenschap die ze in Groenland heeft bestudeerd, is net zo belangrijk voor de rendieren en muskusossen die er uitgebreid op grazen als de Concord- en Merlot-druiven voor wijnkenners.

"De struiken op de toendra worden al duizenden jaren begraasd door grote herbivoren; Penn State-onderzoek heeft aangetoond dat als gevolg van klimaatverandering, bladeren groeien vroeger in het jaar, "zei ze. "Maar kariboes migreren elk voorjaar op dezelfde tijd, en ze geven de voorkeur aan en hebben de echt jonge nodig, zachte bladeren. Uit eerder onderzoek bleek dat als de bladeren te vroeg uitkomen, als de kariboe daar aankomt, zijn de zachte bladeren niet beschikbaar. Als resultaat, de dieren hebben minder jongen, en dat heeft gevolgen voor de populatie van kariboes."

We beginnen pas de effecten te leren kennen - subtiel en niet zo subtiel - van opwarming in ecosystemen zoals de toendra en druiventeeltgebieden, voegde Radville toe. "De implicaties van de ontkoppeling van boven- en ondergrondse plantengroei kunnen aanzienlijk zijn voor de nauwkeurigheid van modellen voor koolstofopname door klimaatverandering. Op dit moment houden ze er geen rekening mee dat wortels en bladeren niet hetzelfde doen."