طبیعت همواره خود را با تغییرات اقلیمی زمین سازگار کرده است، اما هر موجود زنده‌ای محدودیتی برای تحمل این تغییرات دارد. گیاهان به‌ویژه نقش حیاتی در حفظ تعادل سیاره دارند، زیرا دی‌اکسید کربن جذب کرده و اکسیژن آزاد می‌کنند.
با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که افزایش دما ممکن است گیاهان را به فراتر از حد تحملشان برساند و توانایی آن‌ها در تنظیم محیط را تغییر دهد.
افزایش دما و تأثیر آن بر جذب کربن توسط گیاهان
دانشمندان از دیرباز بر این باور بودند که گیاهان در شرایط گرمای شدید برای حفظ آب، منافذ خود را می‌بندند. اما دکتر شان میخالز، استاد گیاه‌شناسی دانشگاه بریتیش کلمبیا، واقعیت متفاوتی را کشف کرده است.
تحقیقات او نشان می‌دهد که گیاهان بیشتر از آنچه تصور می‌شد، آب از دست می‌دهند که این امر می‌تواند نقش آن‌ها را در تنظیم اقلیم تضعیف کند. اگر این یافته‌ها صحیح باشند، ممکن است نحوه پیش‌بینی گرمایش آینده زمین را تغییر دهند.
نقش حیاتی گیاهان در چرخه کربن و آب
گیاهان برای حیات روی زمین ضروری هستند. آن‌ها از طریق فتوسنتز، دی‌اکسید کربن را جذب کرده، آن را به انرژی تبدیل می‌کنند و اکسیژن آزاد می‌کنند. این فرایند باعث می‌شود گیاهان به‌عنوان یک مخزن کربن عمل کرده و گازهای گلخانه‌ای را که در غیر این صورت موجب گرمایش زمین می‌شوند، جذب کنند.
علاوه بر این، گیاهان چرخه آب را نیز تنظیم می‌کنند. آن‌ها بخار آب را به جو آزاد می‌کنند که به خنک‌سازی زمین و حفظ سطح رطوبت کمک می‌کند.
گیاهان در برابر گرما چقدر آسیب‌پذیرند؟
تحقیقات جدید نشان می‌دهد که افزایش دما باعث می‌شود گیاهان آب بیشتری را از طریق کوتیکول (لایه مومی روی برگ‌ها) از دست بدهند. برخلاف منافذ گیاه که می‌توانند برای جلوگیری از هدررفت آب بسته شوند، کوتیکول باز می‌ماند. هرچه کوتیکول نازک‌تر باشد، میزان از دست دادن آب بیشتر می‌شود.
این فرآیند می‌تواند فتوسنتز را کاهش دهد، میزان جذب کربن را محدود کند و در شرایط شدید، حتی گیاهان را به منابع انتشار کربن تبدیل کند.
خطر پنهان از دست دادن آب توسط گیاهان
برای دهه‌ها، دانشمندان تصور می‌کردند که گیاهان بیشتر آب خود را از طریق منافذشان از دست می‌دهند، اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که از دست دادن آب از طریق کوتیکول ممکن است قابل توجه‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد، باشد.
دکتر میخالز توضیح می‌دهد:
“زمانی که دما افزایش می‌یابد، گیاهان آب بیشتری را از طریق کوتیکول از دست می‌دهند تا از طریق منافذشان. این موضوع توانایی آن‌ها در جذب دی‌اکسید کربن را محدود کرده و نقش آن‌ها را به‌عنوان مخزن کربن کاهش می‌دهد.”
در شرایط گرمای شدید، گیاهان ممکن است در حفظ فتوسنتز مشکل داشته باشند و در عوض، کربن کمتری جذب کرده و همچنان آب آزاد کنند.
اگر دما بیش از حد بالا برود، جنگل‌ها و اکوسیستم‌های دیگر ممکن است از ذخیره‌کننده‌ی کربن به انتشاردهنده‌ی آن تبدیل شوند. این تغییر می‌تواند تغییرات اقلیمی را تسریع کند و اکوسیستم‌های جهانی را مختل کند.
حداکثر دمای قابل‌تحمل برای گیاهان چقدر است؟
همه گیاهان به یک شکل به گرما واکنش نشان نمی‌دهند. برخی از گونه‌ها می‌توانند دمای شدید را تحمل کنند، در حالی که برخی دیگر به محض گرم شدن بیش از حد، دچار مشکل می‌شوند.
یک مطالعه در ونکوور روی ۲۰۰ گونه گیاهی، میزان تحمل گرمای آن‌ها را بررسی کرد.
دکتر میخالز می‌گوید:
“تحقیقات ما نشان می‌دهد که فتوسنتز در دمای بین ۴۰ تا ۵۱ درجه سانتی‌گراد شروع به تخریب می‌کند. در جریان موج گرمایی سال ۲۰۲۱، دما به ۴۹.۶ درجه رسید و گیاهان را به مرز تحملشان رساند.”
اگر افزایش دما ادامه یابد، گیاهان ممکن است به نقطه شکست بحرانی برسند. تیم تحقیقاتی تخمین می‌زند که ۶۰ درجه سانتی‌گراد ممکن است حداکثر دمایی باشد که گیاهان می‌توانند زنده بمانند.
فراتر از این آستانه، پروتئین‌های درون سلول‌های گیاهی تجزیه شده و منجر به آسیب غیرقابل بازگشت و در نهایت مرگ گیاه می‌شوند.
آیا گیاهان به جای جذب کربن، آن را آزاد خواهند کرد؟
دانستن چگونگی تأثیر گرما بر گیاهان برای پیش‌بینی تغییرات اقلیمی ضروری است. اگر گیاهان به آستانه دمایی خود برسند، ممکن است به‌جای جذب دی‌اکسید کربن، آن را آزاد کنند و در نتیجه، به‌جای کند کردن گرمایش زمین، آن را تشدید کنند.
دکتر میخالز می‌گوید:
“در سطح جهانی، پژوهشگران در تلاشند تا نقطه بحرانی‌ای را تعیین کنند که در آن پوشش گیاهی زمین، بیشتر از آنکه دی‌اکسید کربن جذب کند، آن را آزاد کند. برآوردهای ما نشان می‌دهد که این تغییر ممکن است در دمای حدود ۳۰ درجه سانتی‌گراد رخ دهد.”
با توجه به اینکه میانگین دمای فعلی زمین حدود ۱۶ درجه سانتی‌گراد است، این آستانه ممکن است نزدیک‌تر از آن چیزی باشد که انتظار می‌رود. اگر اکوسیستم‌های گیاهی شروع به انتشار کربن بیشتری نسبت به میزان جذب‌شان کنند، دمای جهانی می‌تواند سریع‌تر از پیش‌بینی‌های فعلی افزایش یابد.
درس‌هایی از پروژه بیوسفر ۲
رابطه بین گیاهان و محیط‌زیست همواره توجه دانشمندان را به خود جلب کرده و منجر به انجام آزمایش‌هایی برای بررسی واکنش گیاهان به شرایط شدید شده است.
یکی از جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌های تحقیقاتی در این زمینه، “بیوسفر ۲” بود؛ یک مرکز تحقیقاتی که برای شبیه‌سازی یک اکوسیستم مستقل طراحی شده بود.
دکتر میخالز که به‌عنوان یک پژوهشگر پسادکتری در بیوسفر ۲ کار کرده است، توضیح می‌دهد:
“بیوسفر ۲ در ابتدا به‌عنوان محیطی خودکفا طراحی شد که در آن دانشمندان بدون دریافت اکسیژن یا منابع خارجی زندگی می‌کردند. بعدها این پروژه به یک مرکز تحقیقاتی و آموزشی تبدیل شد، جایی که من تأثیر دماهای بالا را بر گیاهان در جنگل‌های مصنوعی آن مطالعه کردم.”
چقدر به نقطه‌ی بحرانی نزدیک هستیم؟
گیاهان میلیون‌ها سال است که در برابر تغییرات اقلیمی زنده مانده‌اند، اما آن‌ها نیز محدودیت‌های زیستی دارند. در حالی که برخی گونه‌ها توانایی مقابله با گرمای شدید را دارند، بسیاری دیگر قادر به تحمل دماهای طولانی‌مدت بالا نیستند.
دانشمندان در تلاشند تا مشخص کنند که دقیقاً چه زمانی و در چه مناطقی پوشش گیاهی در برابر دمای افزایش‌یافته دچار مشکل خواهد شد.
اگر گرمایش زمین بدون کنترل ادامه یابد، گیاهان ممکن است توانایی تنظیم کربن در محیط را از دست بدهند و باعث ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای در تغییرات اقلیمی شوند.
سؤال اکنون این نیست که آیا گیاهان تحت تأثیر گرمایش زمین قرار خواهند گرفت، بلکه این است که چه زمانی اثرات آن را احساس خواهیم کرد؟
مطالعه‌ی فوق در مجله New Phytologist منتشر شده است.
