Obserwacje gospodarki wodnej palm pokazują reakcje lasów na zmiany klimatyczne

W ramach finansowanych przez Unię Europejską badań naukowcy pozwolili nam lepiej poznać lasy tropikalne. Pierwsze w historii obserwacje in vivo reakcji drzew palmowych na suszę będą miały istotny wpływ na modelowanie postępów zmian klimatycznych.

Zmiana klimatu i środowisko

Żywność i zasoby naturalne

Lasy, a w szczególności lasy tropikalne, odgrywają kluczową rolę w procesie modulowania klimatu, jednak proces ten ma poważny wpływ na same drzewa ze względu na ich niezwykle ważne zadania dotyczące obiegu węgla i wody w przyrodzie. Obecne modele klimatyczne nie uwzględniają jednak poszczególnych gatunków roślin. Drzewa palmowe stanowią dominujący gatunek w lasach tropikalnych, pomimo tego do tej pory nie poznaliśmy dobrze mechanizmów transportu wody wykorzystywanego przez te rośliny. Dzięki wsparciu z programu „Maria Skłodowska-Curie”, projekt PalmHydraulics obrał za cel wykorzystanie nowoczesnych technologii w celu zbadania wyjątkowego systemu gospodarki wodnej wykorzystywanego przez palmy oraz jego związku z rozmieszczeniem i gęstością w zależności od klimatu. Pokonywanie wyzwań Pomimo że drzewa palmowe nie występują praktycznie w Europie, zarówno ogrody botaniczne, jak i zielniki posiadają w swoich kolekcjach zarówno żywe, jak i zasuszone okazy. W ramach projektu PalmHydraulics, zespół skorzystał z tego naturalnego skarbu pod kuratelą koordynatora projektu – Royal Botanic Gardens, Kew. Po znalezieniu stosownych obiektów badawczych, naukowcy skupili się na interesującym ich zjawisku, czyli formowaniu zatorów. Zatory w przypadku roślin stanowią przeszkody w przepływie wody, spowodowane przerwaniem słupa wody, do którego dochodzi w sytuacji, gdy napięcia w naczyniach w drewnie stają się zbyt wysokie. Takie zjawisko powoduje odcięcie dopływu wody płynącej z korzeni do liści oraz części nadziemnych drzewa. Zrozumienie procesu powstawania zatorów w roślinach stanowi kluczowy element prowadzący do lepszego poznania procesów zmian klimatycznych, ponieważ w wielu przypadkach powstają one w ramach reakcji obronnych roślin w suchych środowiskach. Problemem jest jednak badanie procesu transportu płynów w roślinach in vivo, które jest naturalnie dość trudnym i złożonym procesem. Wykonanie przekroju rośliny powoduje bowiem obniżenie wysokiego napięcia wody do zera, co całkowicie eliminuje zjawisko, na którym chcą się skupić naukowcy. Z tego powodu zespół skupiony wokół projektu PalmHydraulics wykorzystał dwa nowe osiągnięcia techniki w celu pokonania tej przeszkody. Jak wyjaśnia stypendystka programu Thaise Emilio: „Nowatorska technika wizualizacji optycznej poprzez pomiar przenikania światła przez naczynia pozwoliła nam zobrazować powstawanie zatorów oraz określić, w jaki sposób powstają zatory wywoływane przez susze, czego nie umożliwiały inne metody wykorzystywane w przeszłości”. Poza tym zespół skorzystał także z możliwości dostępu do najnowocześniejszego synchrotronu, który pozwolił na uzyskanie rentgenowskich tomografii roślin w rozdzielczości mikrometrycznej w ciągu zaledwie kilku minut. Obrazowanie wysychających palm w całości, bez konieczności naruszania ich struktury, a następnie wykonanie rekonstrukcji 3D procesu pozwoliło naukowcom na pierwszą w historii wizualizację procesu wysychania palm. Nowe informacje na temat reakcji palm na braki wody Przełomowe techniki badania in vivo pozwoliły naukowcom pokazać, że palmy mogą być odporne na zatory wywołane suszą w takim samym stopniu jak inne kwitnące rośliny i drzewa iglaste rosnące w tych samych biomach. Co więcej, badaczom udało się wykazać, że mechanizmem odpowiedzialnym za zwiększoną odporność drzew na suszę jest opóźnione formowanie zatorów związane z pojemnością tkanek. Badania rozmieszczenia palm na świecie oraz ich cech wykazały, że drzewa te porastają przede wszystkim biomy charakteryzujące się wysokimi temperaturami i dużą wilgotnością. Ponadto, jak twierdzi Thaise Emilio, w przeciwieństwie do przewidywań naukowców „palmy rosnące w bardziej suchych środowiskach posiadają cechy, które maksymalizują proces transpiracji, co wskazuje na to, że są przystosowane do wykorzystywania dużych ilości wody do utrzymania temperatury liści pod kontrolą, nie zaś ukierunkowane na oszczędność wody, do czego są przystosowane inne rośliny w suchych i gorących środowiskach”. Poza poszerzaniem fundamentalnej wiedzy na temat obiegu wody w drzewach palmowych, rezultaty przeprowadzonych badań przełożą się w praktyczny sposób na przemysł oraz zabezpieczanie dostaw żywności – palmami są bowiem na przykład drzewa kokosowe, daktylowce oraz euterpy warzywne. Przede wszystkim jednak od funkcjonowania lasów tropikalnych w dużym stopniu zależy klimat na świecie, a palmy stanowią jeden z ich kluczowych składników. Wyniki uzyskane w ramach projektu PalmHydraulics pozwolą na usprawnienie modeli prognozowania pogody oraz klimatu na Ziemi, przyczyniając się w ten sposób do rozwiązania palącego problemu zmian klimatycznych.