La siccità scenderà presto sulla foresta pluviale della Biosfera 2 dell'Università dell'Arizona, e un team di ricerca internazionale sarà pronto con una serie di strumenti per registrare ciò che si dispiega sotto il vetro.

La siccità fa parte di un esperimento di quattro mesi noto come Acqua, Atmosfera e dinamiche di vita. Soprannominato WALD, che in tedesco significa "foresta, " lo studio dovrebbe far luce su come se la caveranno gli ecosistemi tropicali sotto lo stress di un clima più caldo, cambiamento climatico più secco.

Biosphere 2 ha chiuso al pubblico la foresta pluviale per tutta la durata della ricerca, ma i visitatori sono comunque invitati a esplorare altri biomi sotto il vetro.

"Siamo molto curiosi della risposta di un ecosistema alla siccità, e lo stiamo misurando in un modo che non ha eguali, " ha detto Laura Meredith, il direttore scientifico della foresta pluviale per Biosphere 2 e uno dei tre responsabili di questo progetto internazionale. "Dobbiamo controllare quando si verifica la siccità, e siamo pronti con gli strumenti. Questo è utile per testare i modelli per prevedere cosa succede con le foreste tropicali globali sotto i cambiamenti climatici".

L'esperimento fa parte di un $ 2,1 milioni (€ 1,9 milioni), borsa di studio quinquennale del Consiglio europeo della ricerca acquisita da Christiane Werner, un professore di fisiologia dell'ecosistema presso l'Università tedesca di Friburgo e uno dei responsabili del progetto. Investigatrice junior Nemiah Ladd, anche di Friburgo, ha co-organizzato la sovvenzione ed è il terzo capofila del progetto.

Normalmente, la foresta pluviale della Biosfera 2 riceve 5, 300 galloni di pioggia, sufficienti per riempire più di 65 vasche da bagno, tre volte a settimana. Questo mese, Meredith e il team effettueranno misurazioni e osserveranno il bioma in condizioni normali prima di interrompere la pioggia a ottobre.

Il team monitorerà come l'anidride carbonica e il vapore acqueo fluiscono attraverso il sistema prima e dopo la siccità artificiale, che permetterà loro di capire come la foresta pluviale risponderà allo stress, ha detto Werner.

"La prima parte è andare alle singole componenti dell'ecosistema, come le foglie, suolo e radici, e capire come elaborano il carbonio, " disse Meredith, un assistente professore di genomica degli ecosistemi presso la School of Natural Resources e membro dell'Istituto BIO5. "Quando le piante hanno carbonio in banca, devono decidere come spenderli. Crescono o spendono carbonio in altri modi per affrontare lo stress?"

Per determinare come le piante di varie specie allocano il carbonio, il team usa una piccola molecola chiamata piruvato per alimentare un tipo specifico di atomo di carbonio, un isotopo chiamato "carbonio 13", direttamente nel suolo, radici e foglie. Il movimento del carbonio 13 attraverso l'ecosistema sarà tracciato utilizzando sensori incorporati nelle piante e in tutto il bioma.

I ricercatori prevedono anche di utilizzare un altro approccio:l'etichettatura degli impulsi. Iniettando una raffica di carbonio 13 sotto forma di anidride carbonica gassosa nel bioma, possono tracciare come le piante, suolo e microbi assorbono e spostano il carbonio.

"Vogliamo sapere se le misurazioni dal basso verso l'alto corrispondono a quelle dall'alto verso il basso, " disse Meredith.

Questo metodo non è solo unico, ma utile anche per i ricercatori che intendono modellare in modo puntuale i processi ecosistemici. L'acqua sarà tracciata in modo simile, monitorando il movimento dell'acqua dalle pozze del suolo alla parte superiore dell'atmosfera.

Il team internazionale caratterizzerà anche geneticamente le comunità microbiche che vivono nei suoli e nelle foglie con il supporto dell'Ufficio di ricerca dell'UA, Discovery and Innovation e U.S. Department of Energy User Facilities.

Inoltre, hanno in programma di misurare come i composti organici volatili, sostanze chimiche organiche che fluttuano nell'aria, muoversi attraverso l'ecosistema nelle diverse condizioni. Composti organici volatili, o COV, sono coinvolti nella comunicazione, difesa e segnalazione tra e tra microbi e piante. Sono anche responsabili dei profumi:odori del suolo della geosmina VOC; le foreste odorano di isoprene.

Meredith ha detto che si aspettano di scoprire che le piante usano il carbonio in modi diversi sotto stress. Si aspetta anche piante, suolo e microbi per creare COV diversi da quelli che fanno in condizioni normali e hanno indicato che potrebbero persino scoprire nuovi tipi di COV.

Molti composti organici volatili sono importanti per la chimica atmosferica, ma rimangono domande su ciò che li crea biologicamente. Il team studierà anche la relazione tra COV e microbi.

"I composti organici volatili sono nelle lozioni, deodoranti, shampoo e altro, " ha dichiarato il vicedirettore di Biosphere 2 John Adams. "Se le persone fossero ammesse nella foresta pluviale durante l'esperimento, i composti organici volatili che emettono potrebbero rendere difficile per i ricercatori decifrare ciò che proviene dalle persone e ciò che proviene dalla foresta pluviale".

I ricercatori hanno affermato che questo tipo di scienza può essere eseguita solo in un luogo come la Biosfera 2.

"Quello che mi piace di Biosphere 2 è che è cresciuto naturalmente per così tanto tempo, "Werner ha detto, aggiungendo che la longevità dell'ecosistema lo rende un proxy più affidabile per una foresta pluviale rispetto a un laboratorio.

"Biosphere 2 è un luogo di possibilità illimitate e iperimmaginazione, " Meredith ha detto. "E per me, i miei interessi sono nella relazione tra l'atmosfera ei microbi all'interno della biosfera terrestre (Biosfera 1). La biosfera 2 è contenuta, il che lo rende un laboratorio esagerato dove è possibile misurare direttamente il ruolo della vita sull'atmosfera. È davvero potente".

Werner ha avuto la prima scintilla dell'idea quando ha visitato Biosphere 2 nel 2011. Da allora si è trasformata in un'iniziativa guidata da 50 ricercatori provenienti da quattro paesi, 10 istituzioni europee e tre istituzioni americane. Il team comprende ricercatori provenienti da diversi campi come le scienze atmosferiche, microbiologia, genomica, idrologia, infrastrutture informatiche, ecologia, scienza delle piante e altro ancora, ha detto Werner.

"Siamo entusiasti perché abbiamo sempre immaginato Biosphere 2 come una struttura per gli utenti, " Ha detto Adams. "Questo rafforzerà quella missione e mostrerà la validità riunendo una squadra internazionale".