“Abbiamo scoperto che gli alberi in climi più caldi e secchi stanno essenzialmente tossendo invece di respirare”, ha detto Max Lloyd, professore assistente di ricerca in geoscienze alla Penn State e autore principale dello studio recentemente pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences. “Stanno rimandando la CO2 direttamente nell’atmosfera molto più degli alberi in condizioni più fresche e umide.”
Attraverso il processo di fotosintesi, gli alberi rimuovono la CO2 dall’atmosfera per produrre nuova crescita. Tuttavia, in condizioni di stress, gli alberi rilasciano la CO2 nell’atmosfera, un processo chiamato fotorispirazione. Con l’analisi di un dataset globale di tessuti arborei, il team di ricerca ha dimostrato che il tasso di fotorispirazione è fino a due volte più alto in climi più caldi, specialmente quando l’acqua è limitata. Hanno scoperto che la soglia per questa risposta nei climi subtropicali inizia ad essere superata quando le temperature medie diurne superano i 20 gradi Celsius e peggiorano man mano che le temperature aumentano ulteriormente.
I risultati complicano una credenza diffusa sul ruolo delle piante nell’aiutare a ridurre, o utilizzare, il carbonio dall’atmosfera, fornendo nuove intuizioni su come le piante potrebbero adattarsi al cambiamento climatico. È importante notare che i ricercatori hanno osservato che, man mano che il clima si riscalda, le loro scoperte dimostrano che le piante potrebbero essere meno in grado di estrarre la CO2 dall’atmosfera e assimilare il carbonio necessario per aiutare il pianeta a raffreddarsi.
“Abbiamo sbilanciato questo ciclo essenziale”, ha detto Lloyd. ”Le piante e il clima sono inestricabilmente collegati. Il più grande assorbimento di CO2 dalla nostra atmosfera è dato dagli organismi fotosintetizzanti. È un grande regolatore della composizione dell’atmosfera, quindi ciò significa che piccoli cambiamenti hanno un grande impatto.”
Attualmente, le piante assorbono circa il 25% della CO2 emessa dalle attività umane ogni anno, secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ma questa percentuale è destinata a diminuire in futuro man mano che il clima si riscalda, ha spiegato Lloyd, specialmente se l’acqua è più scarsa.
“Quando pensiamo ai futuri scenari climatici, prevediamo che la CO2 aumenterà, il che in teoria è positivo per le piante perché sono le molecole che respirano”, ha detto Lloyd. “Ma abbiamo dimostrato che ci sarà un compromesso che alcuni modelli prevalenti non prendono in considerazione. Il mondo si sta riscaldando, il che significa che le piante saranno meno in grado di assorbire quella CO2.”
Nello studio, i ricercatori hanno scoperto che la variazione nell’abbondanza di certi isotopi di una parte del legno chiamata gruppi metossilici funge da tracciatore della fotorispirazione negli alberi. Gli isotopi possono essere considerati come varietà di atomi, ha spiegato Lloyd. Proprio come potresti avere versioni alla vaniglia e al cioccolato del gelato, gli atomi possono avere diversi isotopi con i loro unici ”sapori” a causa delle variazioni nella loro massa. Il team ha studiato i livelli del “sapore” metossilico dell’isotopo in campioni di legno di circa trenta esemplari di alberi provenienti da una varietà di climi e condizioni in tutto il mondo per osservare le tendenze nella fotorispirazione. I campioni provenivano da un archivio dell’Università della California, Berkeley, che contiene centinaia di campioni di legno raccolti negli anni ’30 e ’40.
“La banca dati è stata originariamente utilizzata per addestrare i forestali a identificare gli alberi provenienti da diversi luoghi in tutto il mondo, quindi l’abbiamo riproposta per ricostruire essenzialmente queste foreste per vedere quanto bene stavano assorbendo la CO2”, ha detto Lloyd.
Fino ad ora, i tassi di fotorispirazione potevano essere misurati solo in tempo reale utilizzando piante vive o esemplari morti ben conservati che mantenevano i carboidrati strutturali, il che significava che era quasi impossibile studiare il tasso al quale le piante assorbono il carbonio su larga scala o nel passato, ha spiegato Lloyd.
Ora che il team ha convalidato un modo per osservare il tasso di fotorispirazione utilizzando il legno, ha detto che il metodo potrebbe offrire ai ricercatori uno strumento per prevedere quanto bene gli alberi potrebbero “respirare” in futuro e come si sono comportati nei climi passati.
La quantità di anidride carbonica nell’atmosfera sta aumentando rapidamente; è già maggiore di qualsiasi momento negli ultimi 3,6 milioni di anni, secondo la National Oceanic and Atmospheric Administration. Ma quel periodo è relativamente recente in termini geologici, ha spiegato Lloyd.
Il team lavorerà ora per scoprire i tassi di fotorispirazione nel passato antico, fino a decine di milioni di anni fa, utilizzando legno fossilizzato. I metodi consentiranno ai ricercatori di testare esplicitamente le ipotesi esistenti riguardo l’influenza mutevole della fotorispirazione delle piante sul clima nel corso del tempo geologico.
“Sono un geologo, lavoro nel passato”, ha detto Lloyd. “Quindi, se siamo interessati a queste grandi domande su come funzionava questo ciclo quando il clima era molto diverso da oggi, non possiamo usare piante viventi. Potremmo dover tornare indietro di milioni di anni per capire meglio come potrebbe apparire il nostro futuro.”
Il lavoro è stato finanziato in parte dall’Agouron Institute, dalla Heising-Simons Foundation e dalla National Science Foundation degli Stati Uniti.