Растения считаются одними из лучших природных поглотителей углекислого газа, но есть одна менее известная сторона их взаимодействия с CO2. Учёные долгое время не могли понять, почему при повышении концентрации этого газа растения уменьшают его выделение. Только недавно благодаря новым исследованиям удалось раскрыть механизм этого процесса.

Что такое дыхание растений и как оно влияет на углеродный цикл?

Основной процесс, о котором идёт речь — дыхание растений. В отличие от фотосинтеза, когда растения поглощают CO2 и выделяют кислород, дыхание — обратный процесс. Оно происходит постоянно и возвращает часть поглощённого углекислого газа обратно в атмосферу через обмен веществ в растениях и почве. Это вызывает важный вопрос: сколько углерода действительно сохраняется в экосистемах при росте концентрации CO2 и изменениях климата?

Долгосрочные эксперименты и неожиданные открытия

В рамках 28-летнего эксперимента учёный Берт Дрейк и его коллеги создали искусственный болотный комплекс, где в 1987 году окружили 30 участков специальных камер с контролируемым уровнем CO2. Половина из них была насыщена газом, примерно в два раза превышающим уровень атмосферы того времени. За эти годы учёные наблюдали, что при увеличении CO2 растения поглощают больше, но также выделяют и меньше газа обратно в атмосферу.

За три десятилетия уровень моря в болотах повысился на 20 сантиметров, а продолжительность вегетационного сезона увеличилась на более чем неделю. В то же время, уровень CO2 в атмосфере вырос почти на 18%, превысив отметку в 400 частей на миллион в 2013 году. В контролируемых условиях растения активно поглощали углекислый газ, но при этом выделяли его значительно меньше, чем ожидалось.

Почему растения уменьшают дыхание при повышенном CO2?

Это явление вызвало много споров и недоумения. Первые учёные отметили снижение дыхания у растений ещё в начале XX века, однако лишь недавно стало понятно, как это влияет на глобальный углеродный баланс.

Роль азота и водного обмена

Дрейк предположил, что ключ к разгадке — азот. Когда в тканях растений содержание азота снижается, их метаболизм замедляется, так как поддержание белков — очень затратный процесс. В исследованиях было обнаружено, что при росте CO2 растения теряют меньше воды, что сокращает циркуляцию веществ и уменьшает поступление азота в клетки. В результате уменьшается содержание белка, а, следовательно, и дыхание, и выделение CO2.

Однако, в условиях повышения температуры, предсказанного при росте CO2, растения могут столкнуться с торможением роста и даже стимулировать микроорганизмы почвы к выделению метана — мощного парникового газа. Но в целом влияние метана на климатовое равновесие менее значимо по сравнению с эффектом удержания CO2.

Дрейк подчёркивает, что понимание этого механизма важно для пересмотра моделей глобального углеродного баланса. Если скорость водообмена внутри растений определяет их дыхание, то оценки запасов углерода на планете требуют корректировок, что может значительно изменить представление о климатическом будущем.

Марина Новикова

Научный журналист, которая зажигает в умах читателей огонь любопытства. Она переводит сложнейший язык Вселенной — от шёпота далёких галактик до генетического кода в наших клетках — на понятный и увлекательный человеческий язык. Её статьи — это не сухие факты, а захватывающие экспедиции на передний край знаний, доказывающие, что наука — это самое грандиозное приключение в истории человечества.