В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, профессор Ричард Томас и его выпускник Джастин Матиас (бакалавр биологии, ’13 и доктор философии.D. Biology, ’20) синтезировал опубликованные исследования годичных колец.
Они обнаружили, что увеличение содержания углекислого газа в атмосфере за последнее столетие привело к увеличению эффективности использования воды деревьями, соотношению углекислого газа, поглощаемого фотосинтезом, к воде, теряемой при транспирации – акте «выдоха деревьев». " водяной пар.
«Это исследование действительно подчеркивает роль лесов и их экосистем в изменении климата», – сказал Томас, временно исполняющий обязанности младшего проректора по работе с аспирантами. «Мы думаем о лесах как о предоставлении экосистемных услуг. Эти услуги могут быть самыми разными – отдых, лес, промышленность.
Мы демонстрируем, как леса выполняют еще одну важную услугу: они являются поглотителями углекислого газа. Наши исследования показывают, что леса потребляют большое количество углекислого газа во всем мире. Без этого больше углекислого газа попадет в воздух и накапливается в атмосфере даже больше, чем уже есть, что может усугубить изменение климата.
Наша работа показывает еще одну важную причину для сохранения и сохранения наших лесов и поддержания их здоровья."
Ранее ученые полагали, что деревья использовали воду более эффективно за последнее столетие за счет снижения устьичной проводимости – это означает, что деревья сохраняли больше влаги, когда поры на их листьях начинали слегка смыкаться при повышении уровня углекислого газа.
Однако после анализа с использованием изотопов углерода и кислорода в кольцах деревьев с 1901 по 2015 год от 36 видов деревьев на 84 участках по всему миру, исследователи обнаружили, что в 83% случаев основным фактором повышения эффективности использования воды деревьями было усиление фотосинтеза. – они переработали больше углекислого газа. Между тем, устьичная проводимость приводила к повышению эффективности только в 17% случаев.
Это отражает серьезное изменение в объяснении эффективности использования воды деревьями по сравнению с предыдущими исследованиями.
«Мы показали, что за последнее столетие фотосинтез на самом деле является главной движущей силой повышения эффективности использования воды деревьями, что является неожиданным результатом, поскольку противоречит многим более ранним исследованиям», – сказал Матиас. "В глобальном масштабе это будет иметь серьезные последствия для углеродного цикла, если больше углерода будет переноситься из атмосферы в деревья."
С 1901 года внутренняя эффективность использования воды деревьями во всем мире выросла примерно на 40% в сочетании с увеличением примерно на 34% содержания углекислого газа в атмосфере. Обе эти характеристики увеличивались примерно в четыре раза быстрее с 1960-х годов по сравнению с предыдущими годами.
Хотя эти результаты показывают, что повышение содержания углекислого газа является основным фактором, заставляющим деревья использовать воду более эффективно, результаты также различаются в зависимости от температуры, осадков и сухости атмосферы. Эти данные могут помочь уточнить модели, используемые для прогнозирования воздействия изменения климата на глобальный углеродный и водный циклы.
«Точное представление об этих процессах имеет решающее значение для правильного прогнозирования того, что может произойти в будущем», – сказал Матиас. "Это помогает нам приблизиться к тому, чтобы сделать эти прогнозы менее неопределенными."
Исследование является результатом семилетнего научного сотрудничества исследователей, когда Матиас был докторантом.
После окончания WVU Матиас поступил в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре в качестве постдокторанта.
«С момента переезда в Калифорнию моя работа изменилась с работы в полевых условиях, сбора измерений, анализа данных и написания рукописей», – сказал Матиас. «Моя новая должность больше ориентирована на экологическую теорию и моделирование экосистем. Вместо того, чтобы измерять растения, я формулирую гипотезы и ищу ответы на вопросы, используя компьютерные модели и математику."
В будущем Матиас стремится стать профессором исследовательского университета, чтобы продолжить эти исследования.
"Я хотел бы открыть свою собственную лабораторию в университете, обучать аспирантов и заниматься вопросами исследований, чтобы продолжить работу, которую мы уже выполнили.
В нашей области достигнут большой прогресс. «Есть также бесконечное количество вопросов, которые актуальны в будущем», – сказал Матиас. "Я всем обязан своему времени и обучению у сотрудников WVU. Моя долгосрочная цель – быть в положении, при котором я могу продолжать продвигать эту область вперед, одновременно отдавая должное посредством обучения и наставничества студентов."