Skip to main content

"Carbonic anhydrase: where the CO2, COS and H2O cycles meet"

Article Category

Article available in the folowing languages:

Bogatsze zrozumienie lądowego obiegu węgla pomaga w dokładniejszym modelowaniu zmian klimatycznych

Określenie ilościowe potencjału ekosystemów ziemskich w zakresie składowania dwutlenku węgla będzie musiało obejmować względny wkład fotosyntezy i oddychania w globalny obieg węgla w przyrodzie. W ramach projektu SOLCA opracowano ambitne podejście do tego wyzwania.

Zmiana klimatu i środowisko

Ekosystemy lądowe pochłaniają 25–30 % emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych. Dzięki fotosyntezie rośliny usuwają największą ilość dwutlenku węgla z atmosfery, tworząc cukry, które napędzają ich wzrost. Rośliny i reducenci w glebie uwalniają CO2 z powrotem do atmosfery także poprzez oddychanie. Ziemska biosfera jest obecnie pochłaniaczem CO2 wskutek niewielkiej nierównowagi między fotosyntezą a oddychaniem. Aby w pełni wykorzystać potencjał składowania dwutlenku węgla i przewidzieć jego przyszłą reakcję na zmiany klimatyczne, przepływy te należy dokładniej określić. Osobny pomiar fotosyntezy i oddychania stanowi ważne wyzwanie, z którym należy się zmierzyć, gdyż procesy te leżą u podstaw sposobu, w jaki zachodzi obieg węgla na lądzie. Przedstawienie tych procesów stanowią aktualne modele systemów ziemskich (ESM) wykorzystywane do prognozowania klimatu i dostarczania porad dotyczących łagodzenia skutków zmian klimatu. W finansowanym przez ERBN projekcie SOLCA (Carbonic anhydrase: where the CO2, COS and H2O cycles meet) jako znaczniki aktywności fotosyntetycznej wykorzystano siarczek karbonylu (COS) oraz skład izotopowy tlenu z dwutlenku węgla (CO18O). Są one pobierane przez anhydrazę węglanową (CA), enzym fotosyntezy, który przyspiesza hydratację CO2 oraz hydrolizę COS. Anhydraza węglanowa jest obecna w glebie. Głównym celem projektu SOLCA była identyfikacja ekologicznych i fizycznych mechanizmów napędzających aktywność anhydrazy węglanowej w glebach pochodzących z różnych biomów.

Łopaty idą w ruch

Zespół projektowy skonstruował system wymiany gazów zdolny do jednoczesnego pomiaru przepływów CO18O i COS z „mikrokosmosów” glebowych o kontrolowanych warunkach klimatycznych. Wykorzystanie gleb pobranych z różnych biomów, począwszy od suchych systemów śródziemnomorskich po wilgotne lasy borealne, oraz wykorzystanie opracowanych przez zespół badawczy algorytmów modelowania pozwoliło po raz pierwszy oszacować aktywność anhydrazy węglanowej dla obu znaczników. Dokonano również pomiarów właściwości chemicznych, strukturalnych i mikrobiologicznych każdej z badanych gleb, aby zidentyfikować czynniki stymulujące aktywność anhydrazy węglanowej na różnych kontynentach i o różnych porach roku. Następnie pozyskaną wiedzę wdrożono do unikalnego modelu ESM w celu powiązania stężenia COS i CO18O w atmosferze ze zmiennością fotosyntezy i oddychania na dużą skalę. Porównując przewidywania z rzeczywistymi pomiarami dokonanymi przez globalną sieć stacji atmosferycznych, zespół badawczy mógł dopracować szacunki globalnej fotosyntezy przy użyciu wspomnianych znaczników. „Zgodnie z hipotezą, gdy gleby zawierają więcej biomasy drobnoustrojowej, mają tendencję do większej hydratacji CO2 i hydrolizy COS. Po raz pierwszy możliwe jest przewidzenie, w jaki sposób aktywność anhydrazy węglanowej w glebie zmienia się na powierzchni ziemi, a także oszacowanie wymiany COS i CO18O między powierzchnią gleby a atmosferą”, mówi Lisa Wingate, badaczka Narodowego Instytutu Badań Rolniczych (INRA) we Francji, która kierowała projektem. „Zrozumienie związku między glebami (i roślinami) a sezonową zmiennością stężenia CO2, COS i CO18O w atmosferze może przyczynić się do poprawy kolejnej generacji modeli systemów ziemskich, zmniejszając niepewność co do reakcji naszych ekosystemów na przyszłe zmiany klimatu”.

Wspieranie działań na rzecz dekarbonizacji

Wyniki projektu SOLCA umożliwią opracowanie nowych teorii i narzędzi modelowania w celu lepszego zrozumienia obiegu węgla na lądzie. Większość zestawów danych projektowych jest obecnie ogólnodostępna dla środowiska naukowego i trwają prace nad publikacją większej ilości danych. Spoglądając w przyszłość, Wingate mówi: „Coraz częściej rozważa się strategie usuwania dwutlenku węgla. Stąd nasze zrozumienie wpływu reakcji anhydrazy węglanowej na klimat może przyczynić się do lepszego zrozumienia regulacji naturalnego wietrzenia skał krzemianowych i węglanowych w ekosystemach, a także do zaoferowania naturalnych rozwiązań mających na celu usunięcie CO2 z atmosfery poprzez sztuczne wzmacnianie procesu wietrzenia”.

Słowa kluczowe

SOLCA, pochłaniacz dwutlenku węgla, obieg węgla, przepływ, CO2, oddychanie, fotosynteza, biomasa, drobnoustroje, emisje, zmiany klimatyczne

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania