Исследование: Как березы приспосабливаются к изменяющимся климатическим условиям для эффективного фотодыхания.

Ученые из лаборатории Уокера в Мичиганском государственном университете и лаборатории растений при Министерстве энергетики США (PRL) исследуют, как береза бумажная (Betula papyrifera), также известная как американская белая или повислая береза, приспосабливается к изменяющимся условиям окружающей среды. Объектом их анализа является фотодыхание - жизненно важный процесс для растений.

Беркли Уокер, доцент кафедры биологии растений и PRL, сравнивает фотодыхание в метаболизме растений с загруженной автострадой. Они стремятся понять, насколько велики дороги этого важного пути и способны ли они справиться с возросшим движением в нынешних и будущих климатических условиях.

Акклиматизация - процесс привыкания к новым условиям - неотъемлемая часть жизни людей, например, когда наступает холодная зима.

Растения также вынуждены адаптироваться к изменениям окружающей среды. Ученых волнует то, что увеличение концентрации углекислого газа (CO₂) в атмосфере и глобальное потепление оказывают противоречивое воздействие на фотосинтез и фотодыхание. Повышение температуры способствует увеличению фотодыхания, в то время как повышение концентрации CO₂ снижает эффективность фотодыхания, как показали другие научные исследования.

В исследовании, опубликованном в Scientific Reports, ученые исследовали, как бумажные березы регулируют активность фотодыхательных ферментов в разных условиях окружающей среды. Бумажная береза была выбрана, потому что она обитает в биомах бореальных лесов, являющихся одними из самых северных экосистем на планете и подверженных наибольшему воздействию изменения климата.

Ученые создали условия роста, имитирующие текущие, умеренные и экстремальные климатические сценарии для бореальных лесов, которые были смоделированы Межправительственной группой экспертов по изменению климата. В каждом из этих сценариев исследователи меняли концентрацию CO₂ в атмосфере и повышали температуру воздуха в различных комбинациях.

Люк Грегори, бывший аспирант лаборатории Уокера и первый автор исследования, объясняет, что исследование целью было определить, настраивают ли растения свою ферментативную способность в зависимости от потребностей или же они сохраняют некоторую резервную емкость для адаптации к непредсказуемым изменениям.

Деревья были выращены из семян в лаборатории профессора Даниэля Уэя в Университете Западного Онтарио. Шесть различных условий окружающей среды были созданы с помощью установки Биотрон, способной имитировать практически любой климат на Земле.

После четырех месяцев роста лаборатория Уэя измерила деревья и отправила образцы листьев в Мичиганский университет, где Грегори и его команда изучили активность девяти ферментов, участвующих в фотодыхательном пути.

Результаты показали, что деревья не увеличивают свою ферментативную способность в зависимости от климата, в котором они растут, а сохраняют одинаковую емкость во всех шести будущих климатических сценариях. Кроме того, все измеренные ферментативные емкости оказались выше, чем нужно для фотодыхательного пути, что означает, что деревья готовы расти даже в условиях переменного климата.

Грегори отметил, что интересно было обнаружить, что у растений есть запас прочности, и они способны сохранять буферную емкость в различных условиях. Они справляются с разными изменениями, будь то текущие, умеренные или экстремальные условия.

Это хорошая новость: деревья обладают встроенным механизмом, который помогает им выжить в условиях изменяющегося климата, по крайней мере, в отношении фотодыхания.

Однако это лишь часть головоломки в понимании влияния антропогенного изменения климата на фотодыхание.

Грегори подчеркивает важность понимания реакции растений на текущие и будущие условия, поскольку они играют ключевую роль в жизни людей. Узнать, способны ли растения адаптироваться или акклиматизироваться к этим средам, является важным, так как они предоставляют нам топливо, пищу и другие ресурсы.