In een wereld van stijgende niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer, planten moeten blij zijn, Rechtsaf? Experimenten hebben aangetoond dat, Ja, verhoogde kooldioxide zorgt ervoor dat planten meer kunnen fotosynthetiseren en minder water gebruiken.

Maar de keerzijde van de medaille is dat warmere temperaturen planten ertoe aanzetten meer water te gebruiken en minder fotosynthese te doen. Dus, welke kracht, CO ₂ bevruchting of hittestress, wint deze klimaatwedstrijd?

Het antwoord, Onderzoekers van de Universiteit van Utah schrijven in een nieuwe studie in Proceedings van de National Academy of Sciences , is dat het ervan afhangt of bossen en bomen zich kunnen aanpassen aan hun nieuwe omgeving. De studie, ze zeggen, bevat aspecten van de fysiologie van een boom om te onderzoeken hoe bomen en bossen reageren op een veranderend klimaat.

"Het neemt de fysiologie van individuele cellen en schaalt het op in een computer om projecties te maken van de bossen van een continent, " zegt co-auteur van de studie William Anderegg.

Waterverlies door stammen

Om de weg vrij te maken voor dit touwtrekken, het is belangrijk om te begrijpen hoe bomen en planten water gebruiken.

In een boom, water wordt vanuit de wortels door het xyleem omhoog getrokken, het vasculaire systeem van de boom. Het water gaat naar de bladeren, waar fotosynthese plaatsvindt. Aan de onderkant van bladeren, kleine poriën genaamd huidmondjes open om CO . toe te laten ₂ voor fotosynthese. Waterdamp kan via de huidmondjes ontsnappen, Hoewel, dus gesloten huidmondjes zijn nodig om te beschermen tegen waterverlies tijdens droge of warme tijden.

Tijdens een intense droogte, bomen moeten harder werken om water in de boom en door het xyleem te trekken. Als de grond droog genoeg is, de spanning op het water veroorzaakt een luchtbel in het xyleem, watertransport effectief verminderen en de boom verwonden of doden. Het is vergelijkbaar met een hartaanval.

Een fysiologisch model

John Sperry van de U's School of Biological Sciences heeft tientallen jaren de fysiologie van het gebruik van water door bomen bestudeerd. en is de afgelopen jaren vergezeld door Anderegg en postdoctoraal onderzoeker Martin Venturas, samen met andere collega's. Samen, ze hebben een model ontwikkeld van hoe de fysiologische eigenschappen van bomen, voornamelijk de regulatie van stomatale opening, beïnvloedt fotosynthese en waterverlies in reactie op een veranderende omgeving, inclusief droogte.

Dit model, Sperry zegt, heeft nu een nieuwe manier mogelijk gemaakt om de uitkomst van het touwtrekken in het klimaat te voorspellen, het kwantificeren van de concurrerende effecten van CO ₂ bemesting en hittestress om het evenwichtspunt te vinden.

Maar het heeft ook een andere vooruitgang in begrip mogelijk gemaakt:Anderegg zegt dat het model hen in staat stelt het vermogen van bomen te simuleren om te acclimatiseren aan hitte en droogte - beide op korte tijdschalen, door huidmondjes te sluiten of te openen, of op lange tijdschalen, door extra boomgroei of bossterfte. "We gaan ervan uit dat de planten zijn aangepast om enigszins slim te reageren op het klimaat en het milieu, ', zegt Anderegg.

Er was enige acclimatisatie te zien in eerdere experimenten waarbij bomen baadden in CO ₂ -verrijkte lucht, Venturas voegt toe, en wordt ook gezien in bossen die op elkaar lijken, maar zich in enigszins verschillende klimaten bevinden.

"Onze huidige modellen doen geen fysiologie of acclimatisatie, ", zegt Anderegg. "Ze zijn absoluut enorm belangrijk voor de toekomst van bossen. We hebben manieren bedacht om die te integreren."

Het draait allemaal om de verhouding

De modelresultaten, Sperry zegt, suggereren dat de winnaar van het touwtrekken niet afhangt van de absolute hoeveelheid CO ₂ stijging of opwarming - alleen de verhouding tussen de twee.

"Dus je kunt hetzelfde bos laten bewegen over grote gradiënten in klimaatverandering als die verhouding zich op het neutrale punt bevindt, "zegt Sperry. "Maar alles wat die verhouding naar de opwarmende kant duwt, kan ernstige negatieve gevolgen hebben."

Als bossen niet kunnen acclimatiseren, schrijven de onderzoekers, dan moet de verhouding hoger zijn dan 89 delen per miljoen CO ₂ per graad C opwarming om aanzienlijke stress en afsterven van bomen te voorkomen. Slechts 55% van de klimaatvoorspellingen laat zien dat dit scenario zich voordoet. Maar als bossen kunnen acclimatiseren, dan kunnen ze een lagere verhouding tolereren:67 delen per miljoen CO ₂ per graad opwarming, wat in 71% van de prognoses voorkomt.

Andere kantelfactoren

Maar zelfs met acclimatisatie, andere factoren kunnen de balans in de richting van een boscatastrofe doen doorslaan. Het model houdt geen rekening met bosbranden of insectenplagen, Venturas zegt, alleen de fysiologie van de bomen, hoewel gestresste bossen vatbaarder zijn voor zowel branden als insecten.

"Het is een stukje van de puzzel verbeteren, maar we moeten nog veel leren over de andere stukken en hoe ze geïntegreerd zijn, " hij zegt.

Ook schrijven de onderzoekers dat uitzonderlijk droge jaren de balans kunnen doen doorslaan. "In die gevallen als we onder een bodemvochtdrempel komen, we kunnen het hele bos laten sterven, ", zegt Venturas. De sterfte kan relatief plotseling gebeuren. "Dit zie je thuis in je bloempot als je vergeet water te geven, "Zegt Sperry. "Tot op zekere hoogte ziet het er goed uit, maar dan bereik je die vochtdrempel en binnen een paar dagen kan de plant doodgaan. Als je in die periode geen regen krijgt, het systeem gaat in een cyclus waarin de grond te snel uitdroogt en de bomen in vasculair falen stuurt."

Sperry voegt eraan toe dat de studie een precair koord van klimaatomstandigheden voorspelt voor toekomstige bossen om te navigeren. "De studie geeft geenszins groen licht aan de status-quo."