Le changement climatique fait que les arbres ont du mal à « respirer »

Les arbres ont du mal à séquestrer le dioxyde de carbone qui retient la chaleur dans les climats plus chauds et plus secs, ce qui signifie qu'ils pourraient ne plus servir de solution pour compenser l'empreinte carbone de l'humanité alors que la planète continue de se réchauffer, selon une nouvelle étude menée par Penn State. Des chercheurs.

« Nous avons découvert que les arbres des climats plus chauds et plus secs toussent au lieu de respirer », a déclaré Max Lloyd, professeur adjoint de recherche en géosciences à Penn State et auteur principal de l'étude récemment publiée dans la revue Science. Actes de l'Académie nationale des sciences. « Ils libèrent beaucoup plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère que les arbres dans des conditions plus fraîches et plus humides. »

Grâce à un processus PhotosynthèseLes arbres éliminent le dioxyde de carbone de l’atmosphère pour produire une nouvelle croissance. Cependant, dans des conditions stressantes, les arbres libèrent du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, un processus appelé photorespiration. En analysant un ensemble de données mondiales sur les tissus des arbres, l’équipe de recherche a démontré que le taux de photorespiration est jusqu’à deux fois plus élevé dans les climats plus chauds, en particulier lorsque l’eau est limitée. Ils ont constaté que le seuil de cette réponse dans les climats subtropicaux commence à être dépassé lorsque les températures diurnes moyennes dépassent environ 68 degrés. F La situation empire à mesure que les températures augmentent.

Le rôle complexe des plantes dans l’adaptation au climat

Les résultats compliquent la croyance commune sur le rôle des plantes dans l’extraction ou l’utilisation du carbone de l’atmosphère, offrant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont les plantes s’adaptent au changement climatique. Plus important encore, les chercheurs notent qu’à mesure que le climat se réchauffe, leurs résultats montrent que les plantes pourraient être moins capables d’extraire le dioxyde de carbone de l’atmosphère et d’absorber le carbone nécessaire au refroidissement de la planète.

« Nous avons déséquilibré ce cycle fondamental », a déclaré Lloyd. « Les plantes et le climat sont étroitement liés. La plus grande quantité de dioxyde de carbone extrait de notre atmosphère provient des organismes photosynthétiques. C'est un élément clé de la composition de l'atmosphère, ce qui signifie que de petits changements ont un impact important. »

Lloyd a expliqué que les plantes absorbent actuellement environ 25 % du dioxyde de carbone émis par les activités humaines chaque année, selon le ministère américain de l'Énergie, mais que ce pourcentage est susceptible de diminuer à l'avenir à mesure que le climat se réchauffe, surtout si l'eau devient rare.

« Lorsque nous réfléchissons à l'avenir du climat, nous nous attendons à une augmentation du dioxyde de carbone, ce qui en théorie est bon pour les plantes car ce sont les molécules qu'elles respirent », a déclaré Lloyd. « Mais nous avons montré qu'il y aura un compromis que certains modèles traditionnels ne prennent pas en compte. Le monde va se réchauffer, ce qui signifie que les plantes seront moins capables d'absorber le dioxyde de carbone. « 

En analysant un ensemble de données mondiales sur les tissus des arbres, une équipe dirigée par des chercheurs de Penn State a démontré que le taux de photorespiration des arbres est jusqu'à deux fois plus élevé dans les climats plus chauds, en particulier lorsque l'eau est limitée. Ils ont constaté que le seuil de cette réponse dans les climats subtropicaux, comme cette partie des Appalaches et la région de la vallée, commence à être dépassé lorsque les températures diurnes moyennes dépassent environ 68 degrés Fahrenheit et s'aggrave à mesure que les températures augmentent davantage. Crédit : Warren Reed/Penn State

Dans l'étude, les chercheurs ont découvert que la variation de l'abondance de certains isotopes d'une partie du bois appelés groupes méthoxyles agit comme un traceur de la photorespiration chez les arbres. Lloyd a expliqué que l’on peut considérer les isotopes comme différents types d’atomes. Tout comme vous pouvez avoir des versions de glace à la vanille et au chocolat, les atomes peuvent avoir différents isotopes qui ont leurs propres « saveurs » uniques en raison des différences dans leurs masses. L'équipe a étudié les niveaux de « saveur » des isotopes méthoxyles dans des échantillons de bois provenant d'environ trois douzaines de spécimens d'arbres provenant de divers climats et conditions à travers le monde pour observer les tendances de la photorespiration. Les échantillons provenaient des archives de Université de Californie, Berkeleyqui contient des centaines d'échantillons de bois collectés dans les années 1930 et 1940.

« La base de données était à l'origine utilisée pour former les forestiers à reconnaître les arbres de différents endroits du monde, nous l'avons donc réutilisée pour essentiellement reconstruire ces forêts afin de voir dans quelle mesure elles absorbaient le dioxyde de carbone », a déclaré Lloyd.

Jusqu'à présent, les taux de photorespiration ne pouvaient être mesurés en temps réel qu'à l'aide de plantes vivantes ou de spécimens morts bien conservés qui retenaient des glucides structurels, ce qui signifie qu'il était presque impossible d'étudier la vitesse à laquelle les plantes séquestrent le carbone à grande échelle ou dans le passé. . Lloyd a expliqué.

Regarder le passé pour comprendre l'avenir

Maintenant que l'équipe a validé une méthode de surveillance du taux de photorespiration utilisant le bois, il a déclaré que cette méthode pourrait offrir aux chercheurs un outil pour prédire dans quelle mesure les arbres « respireront » à l'avenir et comment ils se sont comportés dans les climats passés.

La quantité de dioxyde de carbone dans l’atmosphère augmente rapidement ; Elle est déjà plus grande qu'elle n'a jamais été au cours des 3,6 millions d'années passées, selon L'administration nationale des océans et de l'atmosphère. Lloyd a expliqué que cette période est relativement récente dans les temps géologiques.

L’équipe va maintenant travailler à découvrir les taux de photorespiration dans le passé ancien, il y a des dizaines de millions d’années, en utilisant du bois pétrifié. Ces méthodes permettront aux chercheurs de tester explicitement les hypothèses existantes concernant l’impact changeant de la photorespiration des plantes sur le climat au fil des temps géologiques.

« Je suis géologue et je travaille dans le passé », a déclaré Lloyd. « Donc, si nous nous intéressons à ces grandes questions sur le fonctionnement de ce cycle lorsque le climat était très différent de celui d'aujourd'hui, nous ne pouvons pas utiliser de plantes vivantes. Nous devons probablement remonter des millions d'années en arrière pour mieux comprendre ce que sont nos plantes. à quoi ressemblera l’avenir. »

Référence : « Amas isotopique dans le bois comme alternative à la photorespiration dans les arbres » par Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson et Daniel A. . Stolper, 6 novembre 2023, Actes de l'Académie nationale des sciences.
est ce que je: 10.1073/pnas.2306736120

Les autres auteurs de cet article sont Rebecca A. Stein et Daniel A. Stolper et Daniel E. Ibarra et Todd E. Dawson de l'Université de Californie à Berkeley ; Richard S. Barclay et Scott L. Aile du Musée national d'histoire naturelle Smithsonian et David W. Stahl de l'Université de l'Arkansas.

Ce travail a été financé en partie par l'Aguron Institute, la Fondation Hyssing-Simons et la National Science Foundation des États-Unis.