Droogte zal binnenkort neerdalen op het Biosphere 2-regenwoud van de Universiteit van Arizona, en een internationaal onderzoeksteam staat klaar met een scala aan instrumenten om vast te leggen wat zich onder het glas ontvouwt.

De droogte maakt deel uit van een vier maanden durend experiment dat bekend staat als Water, Sfeer en levensdynamiek. WALD genoemd, wat Duits is voor "bos, "De studie zal naar verwachting licht werpen op hoe tropische ecosystemen zullen presteren onder de stress van een warmere, drogere klimaatverandering.

Biosphere 2 heeft het regenwoud voor de duur van het onderzoek gesloten voor het publiek, maar bezoekers worden nog steeds uitgenodigd om andere biomen onder het glas te verkennen.

"We zijn in het algemeen nieuwsgierig naar de reactie van een ecosysteem op droogte, en we meten het op een manier die ongeëvenaard is, " zei Laura Meredith, de wetenschappelijk directeur van het regenwoud voor Biosphere 2 en een van de drie leiders van dit internationale project. "We krijgen controle wanneer de droogte optreedt, en we zijn klaar met instrumenten. Dit is handig voor het testen van modellen om te voorspellen wat er gebeurt met wereldwijde tropische bossen onder klimaatverandering."

Het experiment maakt deel uit van een $ 2,1 miljoen (€ 1,9 miljoen), vijfjarige beurs van de European Research Council verworven door Christiane Werner, een professor in ecosysteemfysiologie aan de Duitse universiteit van Freiburg en een van de projectleiders. Junior onderzoeker Nemiah Ladd, ook van Freiburg, medeorganisator van de subsidie ​​en is de derde projectleider.

Normaal gesproken, het regenwoud van Biosphere 2 krijgt er 5, 300 liter regen - genoeg om meer dan 65 badkuipen te vullen - drie keer per week. Deze maand, Meredith en het team zullen metingen doen en het bioom onder normale omstandigheden observeren voordat ze de regen in oktober afsluiten.

Het team zal volgen hoe kooldioxide en waterdamp door het systeem stromen voor en na de kunstmatige droogte, waardoor ze begrijpen hoe het regenwoud zal reageren op de stress, zei Werner.

"Het eerste deel is om naar individuele componenten van het ecosysteem te gaan, zoals de bladeren, grond en wortels, en begrijpen hoe ze koolstof verwerken, " zei Meredith, een assistent-professor ecosysteemgenomica aan de School of Natural Resources en lid van het BIO5 Institute. "Als planten koolstof op de bank hebben, ze moeten beslissen hoe ze het uitgeven. Verbouwen ze of geven ze koolstof op andere manieren uit om met de stress om te gaan?"

Om te bepalen hoe planten van verschillende soorten koolstof toewijzen, het team gebruikt een klein molecuul genaamd pyruvaat om een ​​specifiek type koolstofatoom - een isotoop genaamd "koolstof 13" - rechtstreeks naar de bodem te voeren, wortels en bladeren. De beweging van koolstof 13 door het ecosysteem zal worden getraceerd met behulp van sensoren die zijn ingebed in de planten en door het hele bioom.

De onderzoekers zijn ook van plan om een ​​andere aanpak te gebruiken:pulse labeling. Door een uitbarsting van koolstof 13 in de vorm van gasvormig koolstofdioxide in het bioom te injecteren, ze kunnen nagaan hoe de planten, bodem en microben nemen de koolstof op en verplaatsen deze.

"We willen weten of de metingen van onderaf overeenkomen met die van bovenaf, ' zei Meredith.

Deze methode is niet alleen uniek, maar ook nuttig voor onderzoekers die ecosysteemprocessen nauwkeurig willen modelleren. Water wordt op dezelfde manier opgespoord, door de beweging van water van bodempoelen naar de top van de atmosfeer te volgen.

Het internationale team zal ook de microbiële gemeenschappen die in de bodem en bladeren leven genetisch karakteriseren met steun van het UA Office of Research, Discovery and Innovation en het Amerikaanse Department of Energy User Facilities.

In aanvulling, ze zijn van plan te meten hoe vluchtige organische stoffen, organische chemicaliën die door de lucht zweven, onder de verschillende omstandigheden door het ecosysteem bewegen. Vluchtige organische stoffen, of VOC's, zijn betrokken bij de communicatie, verdediging en signalering tussen en tussen microben en planten. Ze zijn ook verantwoordelijk voor geuren:bodemgeuren van de VOC-geosmin; bossen ruiken naar isopreen.

Meredith zei te verwachten dat planten onder stress op verschillende manieren koolstof gebruiken. Ze verwacht ook planten, bodem en microben om andere VOS te creëren dan onder normale omstandigheden en gaven aan dat ze mogelijk zelfs nieuwe soorten VOS zouden kunnen ontdekken.

Veel vluchtige organische stoffen zijn belangrijk voor de atmosferische chemie, maar er blijven vragen over wat ze biologisch creëert. Het team zal ook de relatie tussen VOC's en microben onderzoeken.

"Vluchtige organische stoffen zitten in lotions, deodorant, shampoo en meer, ", zei adjunct-directeur van Biosphere 2, John Adams. "Als mensen tijdens het experiment in het regenwoud mochten, de vluchtige organische stoffen die ze afgeven, kunnen het voor onderzoekers moeilijk maken om te ontcijferen wat er van mensen komt en wat er uit het regenwoud komt."

De onderzoekers zeiden dat dit soort wetenschap alleen kan worden gedaan in een plaats als Biosphere 2.

"Wat ik leuk vind aan Biosphere 2 is dat het zo lang op natuurlijke wijze is gegroeid, "Werner zei, eraan toevoegend dat de lange levensduur van het ecosysteem het een betrouwbaardere proxy maakt voor een regenwoud dan voor een laboratorium.

"Biosphere 2 is een plaats van onbegrensde mogelijkheden en hyperverbeelding, ' zei Meredith. 'En voor mij, mijn interesses liggen in de relatie tussen de atmosfeer en microben in de biosfeer van de aarde (biosfeer 1). Biosfeer 2 bevat, waardoor het een overdreven lab is waar je direct de rol van het leven op de atmosfeer kunt meten. Het is echt krachtig."

Werner kreeg de eerste vonk van het idee toen ze Biosphere 2 in 2011 bezocht. Sindsdien is het uitgegroeid tot een initiatief van 50 onderzoekers uit vier landen, 10 Europese instellingen en drie Amerikaanse instellingen. Het team bestaat uit onderzoekers uit verschillende vakgebieden, zoals atmosferische wetenschappen, microbiologie, genomica, hydrologie, cyberinfrastructuur, ecologie, plantenwetenschap en meer, zei Werner.

"We zijn enthousiast omdat we Biosphere 2 altijd hebben voorgesteld als een gebruikersfaciliteit, "Adams zei. "Dit zal die missie versterken en de validiteit aantonen door een internationaal team samen te brengen."