Los árboles están luchando por secuestrar el dióxido de carbono (CO2) que atrapa el calor en climas más cálidos y secos, lo que significa que es posible que ya no sirvan como una solución para compensar la huella de carbono de la humanidad a medida que el planeta continúa calentándose, según un nuevo estudio dirigido por Penn. Estado. investigadores.

«Descubrimos que los árboles en climas más cálidos y secos esencialmente tosen en lugar de respirar», dijo Max Lloyd, profesor asistente de investigación de geociencias en Penn State y autor principal del estudio publicado recientemente en Anales de la Academia Nacional de Ciencias. «Están devolviendo CO2 a la atmósfera mucho más que los árboles en condiciones más frías y húmedas».

A través del proceso de fotosíntesis, los árboles eliminan CO2 de la atmósfera para producir nuevo crecimiento. Sin embargo, en condiciones estresantes, los árboles liberan CO2 a la atmósfera, un proceso llamado fotorrespiración. Con un análisis de un conjunto de datos global de tejidos de árboles, el equipo de investigación demostró que la tasa de fotorrespiración es hasta el doble en climas más cálidos, especialmente cuando el agua es limitada. Descubrieron que el umbral para esta respuesta en climas subtropicales comienza a superarse cuando las temperaturas diurnas promedio superan aproximadamente los 68 grados. Fahrenheit y empeorar a medida que las temperaturas aumentan aún más.

El complicado papel de las plantas en la adaptación climática

Los resultados complican una creencia generalizada sobre el papel de las plantas a la hora de ayudar a eliminar o utilizar el carbono de la atmósfera, proporcionando nuevos conocimientos sobre cómo las plantas podrían adaptarse al cambio climático. Es importante destacar que los investigadores señalaron que a medida que el clima se calienta, sus hallazgos demuestran que las plantas pueden ser menos capaces de extraer CO2 de la atmósfera y asimilar el carbono necesario para ayudar a enfriar el planeta.

“Hemos desequilibrado este ciclo esencial”, dijo Lloyd. “Las plantas y el clima están indisolublemente ligados. El mayor contribuyente al CO2 en nuestra atmósfera son los organismos fotosintéticos. Es un factor importante en la composición de la atmósfera, lo que significa que los pequeños cambios tienen un gran impacto”.

Actualmente, las plantas absorben alrededor del 25% del CO2 emitido por las actividades humanas cada año, según el Departamento de Energía de Estados Unidos, pero se espera que este porcentaje disminuya en el futuro a medida que el clima se caliente, explicó Lloyd, especialmente si el agua es más escasa.

«Cuando pensamos en el futuro climático, predecimos que el CO2 aumentará, lo que en teoría es bueno para las plantas porque estas son las moléculas que respiran», dijo Lloyd. “Pero hemos demostrado que habrá una compensación que algunos modelos predominantes no consideran. El mundo se calentará más, lo que significa que las plantas serán menos capaces de absorber este CO2”.

Con un análisis de un conjunto de datos global de tejidos de árboles, un equipo dirigido por investigadores de Penn State ha demostrado que la tasa de fotorrespiración en los árboles es hasta dos veces mayor en climas más cálidos, especialmente cuando el agua es limitada. Descubrieron que el umbral para esta respuesta en climas subtropicales, como esta parte de la región de los Valles y las Montañas Apalaches, comienza a cruzarse cuando las temperaturas diurnas promedio superan los 68 grados Fahrenheit y empeora a medida que las temperaturas aumentan aún más. Crédito: Warren Reed/Penn State

En el estudio, los investigadores encontraron que la variación en la abundancia de ciertos isótopos de una parte de la madera llamada grupos metoxilo sirve como marcador de la fotorrespiración en los árboles. Se puede pensar en los isótopos como variedades de átomos, explicó Lloyd. Así como se pueden tener versiones de helado de vainilla y chocolate, los átomos pueden tener diferentes isótopos con sus propios “sabores” únicos debido a las variaciones en su masa. El equipo estudió los niveles del isótopo “sabor” metoxilo en muestras de madera de una treintena de especímenes de árboles de una variedad de climas y condiciones en todo el mundo para observar tendencias en la fotorrespiración. Los especímenes proceden de un archivo del Universidad de California, Berkeleyque contiene cientos de muestras de madera recolectadas en las décadas de 1930 y 1940.

«La base de datos se utilizó originalmente para capacitar a los forestales sobre cómo identificar árboles de diferentes lugares del mundo, por lo que la reutilizamos para esencialmente reconstruir estos bosques y ver en qué medida estaban absorbiendo CO2», dijo Lloyd.

Hasta ahora, las tasas de fotorrespiración solo podían medirse en tiempo real utilizando plantas vivas o especímenes muertos bien conservados que retuvieran carbohidratos estructurales, lo que significaba que era casi imposible estudiar la velocidad a la que las plantas absorbían carbono a escala o en el pasado. , explicó Lloyd.

Mirar al pasado para entender el futuro

Ahora que el equipo ha validado una forma de observar la tasa de fotorrespiración utilizando madera, dijo que el método podría ofrecer a los investigadores una herramienta para predecir qué tan bien los árboles podrían «respirar» en el futuro y cómo les fue en climas pasados.

La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera está aumentando rápidamente; ya es mayor que en cualquier otro momento de los últimos 3,6 millones de años, según el Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. Pero este período es relativamente reciente en el tiempo geológico, explicó Lloyd.

El equipo ahora trabajará para descubrir las tasas de fotorrespiración en el pasado antiguo, hasta hace decenas de millones de años, utilizando madera fosilizada. Los métodos permitirán a los investigadores probar explícitamente las hipótesis existentes sobre la influencia cambiante de la fotorrespiración de las plantas en el clima a lo largo del tiempo geológico.

«Soy geólogo y trabajo en el pasado», dijo Lloyd. “Entonces, si estamos interesados ​​en estas grandes preguntas sobre cómo funcionaba este ciclo cuando el clima era muy diferente al actual, no podemos usar plantas vivas. Quizás tengamos que retroceder millones de años para comprender mejor cómo será nuestro futuro”.

Referencia: “La aglomeración isotópica en la madera como indicador de la fotorrespiración en los árboles” por Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson y Daniel A. Stolper, 6 de noviembre de 2023, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2306736120

Otros autores del artículo son Rebekah A. Stein, Daniel A. Stolper, Daniel E. Ibarra y Todd E. Dawson de la Universidad de California, Berkeley; Richard S. Barclay y Scott L. Wing del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural y David W. Stahle de la Universidad de Arkansas.

El trabajo fue financiado en parte por el Instituto Agouron, la Fundación Heising-Simons y la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.