Penn State의 최근 연구에 따르면 더 따뜻하고 건조한 환경에 있는 나무는 이산화탄소를 흡수하기 어려워 기후 변화에 대처하는 능력에 해를 끼칩니다. 이 연구는 이러한 조건에서 스트레스를 받은 나무가 이산화탄소를 방출하는 과정인 광호흡의 증가를 강조하며, 이는 온난화된 세계에서 자연 탄소 흡수원으로서 나무의 효율성에 도전합니다. 신용: SciTechDaily.com
Penn State가 주도한 새로운 연구에 따르면, 나무는 더 따뜻하고 건조한 기후에서 열을 가두는 이산화탄소를 격리하기 위해 애쓰고 있습니다. 이는 지구가 계속 따뜻해짐에 따라 나무가 더 이상 인류의 탄소 발자국을 상쇄하는 솔루션 역할을 하지 못할 수 있음을 의미합니다. 연구원.
“우리는 더 따뜻하고 건조한 기후에 있는 나무들이 숨을 쉬는 대신 기침을 한다는 것을 발견했습니다.”라고 Penn State 대학 지구과학 조교수이자 최근 Science 저널에 발표된 연구의 주요 저자인 Max Lloyd가 말했습니다. 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물. “그들은 더 시원하고 습한 환경에서 나무보다 대기 중으로 훨씬 더 많은 이산화탄소를 방출합니다.”
과정을 거쳐 광합성나무는 새로운 성장을 위해 대기에서 이산화탄소를 제거합니다. 그러나 스트레스가 많은 조건에서 나무는 광호흡이라는 과정을 통해 대기 중으로 이산화탄소를 방출합니다. 연구팀은 나무 조직의 전 세계 데이터 세트를 분석함으로써 따뜻한 기후, 특히 물이 제한적인 경우 광호흡 속도가 최대 2배 더 높다는 것을 입증했습니다. 그들은 아열대 기후에서 이러한 반응의 한계점은 평균 낮 기온이 약 68도를 초과할 때 초과되기 시작한다는 것을 발견했습니다. 에프 온도가 더 올라갈수록 더 심해집니다.
기후 적응에서 식물의 복잡한 역할
이번 발견은 대기에서 탄소를 끌어오거나 사용하는 데 있어 식물의 역할에 대한 일반적인 믿음을 복잡하게 만들어 식물이 기후 변화에 어떻게 적응하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 더 중요한 것은, 연구자들은 기후가 따뜻해짐에 따라 식물이 대기에서 이산화탄소를 끌어당기고 지구를 식히는 데 필요한 탄소를 흡수하는 능력이 떨어질 수 있다는 사실을 발견했다는 점에 주목했습니다.
“우리는 이 근본적인 순환의 균형을 무너뜨렸습니다.”라고 Lloyd는 말했습니다. “식물과 기후는 밀접하게 연결되어 있습니다. 대기에서 이산화탄소를 가장 많이 끌어내는 것은 광합성 유기체입니다. 이는 대기 구성의 큰 열쇠이므로 작은 변화가 큰 영향을 미친다는 의미입니다.”
Lloyd는 미국 에너지부에 따르면 현재 식물은 매년 인간 활동으로 배출되는 이산화탄소의 약 25%를 흡수하지만, 기후가 따뜻해지면서, 특히 물이 부족해지면 이 비율은 앞으로 줄어들 가능성이 높다고 설명했습니다.
“기후 미래에 대해 생각할 때 우리는 이산화탄소가 증가할 것으로 예상합니다. 이론적으로 이산화탄소는 식물이 호흡하는 분자이기 때문에 식물에 좋습니다.”라고 Lloyd는 말했습니다. “그러나 우리는 일부 주류 모델이 고려하지 않는 상충관계가 있을 것이라는 점을 보여주었습니다. 세상은 더 따뜻해질 것이며, 이는 식물이 이산화탄소를 흡수하는 능력이 줄어든다는 것을 의미합니다.
Penn State 연구원이 이끄는 팀은 나무 조직의 글로벌 데이터 세트를 분석함으로써 따뜻한 기후, 특히 물이 제한적인 경우 나무의 광호흡 속도가 최대 2배 더 높다는 것을 보여주었습니다. 그들은 애팔래치아의 이 지역과 계곡 지역과 같은 아열대 기후에서 이러한 반응의 임계치가 평균 주간 기온이 화씨 약 68도를 초과하면 초과되기 시작하고 기온이 더 상승함에 따라 악화된다는 것을 발견했습니다. 출처: Warren Reed/Penn State
이번 연구에서 연구자들은 메톡실 그룹이라고 불리는 나무 부분의 특정 동위원소 풍부함의 변화가 나무의 광호흡 추적자 역할을 한다는 것을 발견했습니다. Lloyd는 동위원소를 다른 유형의 원자로 생각할 수 있다고 설명했습니다. 바닐라와 초콜릿 버전의 아이스크림이 있는 것처럼 원자는 질량의 차이로 인해 고유한 “맛”을 갖는 다양한 동위원소를 가질 수 있습니다. 연구팀은 광호흡의 경향을 관찰하기 위해 전 세계 다양한 기후와 조건에서 채취한 약 30그루의 나무 표본에서 채취한 목재 샘플의 메톡실 동위원소 “맛” 수준을 연구했습니다. 샘플은 다음 아카이브에서 가져왔습니다. 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스여기에는 1930년대와 1940년대에 수집된 수백 개의 목재 샘플이 포함되어 있습니다.
Lloyd는 “이 데이터베이스는 원래 전 세계 여러 곳의 나무를 인식하는 방법을 산림 관리인에게 교육하는 데 사용되었기 때문에 이러한 숲을 본질적으로 재구성하여 그들이 이산화탄소를 얼마나 잘 흡수하는지 확인하기 위해 데이터베이스의 용도를 변경했습니다”라고 말했습니다.
지금까지 광호흡 속도는 살아있는 식물이나 구조적 탄수화물을 보유하고 있는 잘 보존된 죽은 표본을 통해서만 실시간으로 측정할 수 있었습니다. 즉, 과거에 식물이 대규모로 탄소를 격리하는 속도를 연구하는 것은 거의 불가능했습니다. . 로이드는 설명했다.
과거를 보면 미래를 이해할 수 있다
이제 팀은 목재를 사용하여 광호흡 속도를 모니터링하는 방법을 검증했으며, 이 방법은 나무가 미래에 얼마나 잘 “호흡”할지, 과거 기후에서 나무가 어떻게 기능했는지 예측할 수 있는 도구를 연구자들에게 제공할 수 있다고 말했습니다.
대기 중 이산화탄소의 양은 빠르게 증가하고 있습니다. 에 따르면 이미 지난 360만년 중 어느 때보다 더 크다고 한다. 국립해양대기청. Lloyd는 이 기간이 지질학적 시간으로 볼 때 비교적 최근이라고 설명했습니다.
이제 팀은 석화목을 사용하여 최대 수천만 년 전의 고대 과거의 광호흡 속도를 알아내기 위해 노력할 것입니다. 이러한 방법을 통해 연구자들은 지질 시대에 걸쳐 기후에 대한 식물 광호흡의 변화하는 영향에 관한 기존 가설을 명시적으로 테스트할 수 있습니다.
“저는 과거에 일했던 지질학자입니다.”라고 Lloyd는 말했습니다. “따라서 기후가 오늘날과 매우 달랐을 때 이 순환이 어떻게 작동했는지에 대한 큰 질문에 관심이 있다면 살아있는 식물을 사용할 수 없습니다. 아마도 우리가 무엇을 더 잘 이해하려면 수백만 년 전으로 돌아가야 할 것입니다. 미래는 그럴 것이다.”
참고: Max K. Lloyd, Rebekah A. Stein, Daniel E. Ibarra, Richard S. Barclay, Scott L. Wing, David W. Stahle, Todd E. Dawson의 “나무의 광호흡의 대안으로 나무의 동위원소 클러스터링” 그리고 다니엘 A.. 스토퍼, 2023년 11월 6일, 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물.
도이: 10.1073/pnas.2306736120
이 논문의 다른 저자는 Rebecca A. 스타인, 다니엘 A. 스토퍼, 다니엘 E. 이바라, 토드 E. 버클리 캘리포니아 대학교의 Dawson; 리차드 S. 바클레이와 스콧 L. 스미소니언 국립 자연사 박물관의 건물과 아칸소 대학교의 David W. Stahl.
이 연구는 Aguron Institute, Hyssing-Simons Foundation 및 미국 국립과학재단(US National Science Foundation)의 일부 자금 지원을 받았습니다.