Реакция растений на рост углекислого газа удивила многих

До сих пор прогнозы глобального изменения климата предвещали мало хорошего — дефицит воды, экстремальная жара, рост концентрации углекислого газа в атмосфере с 410 до 900 частиц на миллион (далее — ppm). Согласно ученым, подобная картина может ожидать нас уже в 2100 году.

По крайней мере, мы сможем выращивать больше растений, говорят некоторые оптимисты. Дескать, глобальное потепление сделает возможным возделывание земель в самых холодных широтах планеты, там, где раньше ни о чем подобном нельзя было и помыслить. Однако на поверку выясняется, что подобные планы являются чересчур оптимистичными.

Дело в том, что производительность сельского хозяйства не зависит от одной лишь температуры. Важны и такие факторы, как и насыщенность почвы нутриентами, и влажность, и все то же содержание углекислого газа в воздухе. Согласно недавним исследованиям становится ясным, что с ростом концентраций CO2 в атмосфере урожайность полей будет падать, а не возрастать.

К подобному выводу пришли ученые из Университета штат Вашингтон (США). Для проверки своей гипотезы, они стали выращивать пшеницу и картофель на тестовых теплицах, воздух внутри которых содержал куда больше углекислого газа, чем обычно — 710 ppm, в то время как сегодня нормальный уровень углекислоты в воздухе составляет всего 410 ppm. В результате выращенные растения увеличили толщину своих листьев примерно на треть.

Поскольку фотосинтез конвертирует углекислоту в биомассу, подобный эффект не был сюрпризом для исследований. Тем не менее, рост толщины листьев привел к изменению соотношения площади растения к массе, что повлияло на процесс фотосинтеза и генерацию сахаров. В конечном итоге, растение оказалось даже менее эффективным поглотителем углекислого газа, в отличие от собратьев, выросших в обычных условиях.

Помимо нарушения соотношения площади к массе рост углекислого газа в атмосфере сам по себе негативно влияет на продуктивность растений. Так, ученые из Университета штата Мичиган установили, что существует некий природный предел растения по поглощению углекислоты. Соответственно, повышая уровень углекислого газа в атмосфере, рано или поздно превышается и этот самый предел, что в результате приводит к ситуации, когда растение просто не успевает производить фотосинтез достаточно быстро.

«Мы знаем, что существует падающая отдача по мере того, как Вы увеличиваете количество углекислого газа», — сказал профессор Том Шарки (Tom Sharkey).

В своей работе, опубликованной в журнале Environmental Research Letters, он объясняет, что по мере того, как воздух насыщается углекислым газом, поглощение углекислоты растениями становится все менее и менее эффективным. Команда Тома Шарки также изучила процесс утилизации триозофосфата. Когда растение поглощает углекислый газ, углерод превращается в триозофосфат, и лишь после этого переходит в сахар. В процессе тестов выяснилось, что существует определенный предел в этом процессе. Таким образом, даже несмотря на то, что в таких условиях растения увеличиваются в размерах, их производительность неизменно падает.

Подобные результаты встревожили исследователей, и не зря: текущие модели климатических изменений учитывают такие факторы, как циклы океана, атмосферные условия, таяние ледников, и т.д.. Однако никто не учитывает биологические эффекты, которые к тому же весьма сложно просчитать.

По подсчетам ученых из Университета штата Мичиган, предел утилизации триозофосфата в растениях приведет к 9 гигатонн углерода в атмосфере к 2100 году, что эквивалентно весу 100 млн. слонов. А рост толщины растений приведет к росту температуры к концу этого столетия на 0,3-1,4 градуса по Цельсию. И это без учета текущих прибавок к температуре каждый год.

Несмотря на многообещающее Парижское соглашение, мы все еще сталкиваемся со множеством барьеров в борьбе с изменением климата, причем зачастую все зависит от политической воли государств. Так, сложно сохранять веру на фоне апатичных к данной проблеме США и новым режимом в Бразилии, правительство которой планирует вообще выйти из соглашения.