In un mondo di livelli crescenti di anidride carbonica atmosferica, le piante dovrebbero essere felici, Giusto? Gli esperimenti hanno dimostrato che, sì, l'aumento dell'anidride carbonica consente alle piante di fotosintetizzare di più e di utilizzare meno acqua.

Ma l'altro lato della medaglia è che le temperature più calde spingono le piante a utilizzare più acqua e a fotosintetizzare di meno. Così, quale forza, CO ₂ fertilizzazione o stress da calore, vince questo braccio di ferro climatico?

La risposta, I ricercatori dell'Università dello Utah scrivono in un nuovo studio in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , è che dipende dalla capacità delle foreste e degli alberi di adattarsi al loro nuovo ambiente. Lo studio, dicono, incorpora aspetti della fisiologia di un albero per esplorare come gli alberi e le foreste rispondono a un clima che cambia.

"Sta prendendo la fisiologia delle singole cellule e scalandola in un computer per fare proiezioni di foreste che valgono un continente, ", afferma il coautore dello studio William Anderegg.

Perdita d'acqua di derivazione

Per preparare il terreno per questo tiro alla fune, è importante capire come gli alberi e le piante utilizzano l'acqua.

In un albero, l'acqua viene estratta dalle radici attraverso lo xilema, il sistema vascolare dell'albero. L'acqua si sposta verso le foglie, dove avviene la fotosintesi. Sul lato inferiore delle foglie, piccoli pori chiamati stomi aperti per ammettere CO ₂ per la fotosintesi. Il vapore acqueo può fuoriuscire attraverso gli stomi, anche se, quindi è necessaria la chiusura degli stomi per proteggersi dalla perdita d'acqua durante i periodi secchi o caldi.

Durante un'intensa siccità, gli alberi devono lavorare di più per attirare l'acqua nell'albero e attraverso lo xilema. Se il terreno è abbastanza asciutto, la tensione sull'acqua provoca la formazione di una bolla d'aria nello xilema, ridurre efficacemente il trasporto di acqua e ferire o uccidere l'albero. È simile a un attacco di cuore.

Un modello fisiologico

John Sperry della U's School of Biological Sciences ha trascorso decenni a studiare la fisiologia dell'uso dell'acqua degli alberi, e negli ultimi anni è stato affiancato da Anderegg e dal ricercatore post-dottorato Martin Venturas, insieme ad altri colleghi. Insieme, hanno sviluppato un modello di come i tratti fisiologici degli alberi, principalmente la regolazione dell'apertura stomatica, influenza la fotosintesi e la perdita di acqua in risposta a un ambiente che cambia, compresa la siccità.

Questo modello, Sperry dice, ha ora reso possibile un nuovo modo di prevedere l'esito del tiro alla fune climatico, quantificare gli effetti concorrenti della CO ₂ fertilizzazione e stress da calore per trovare il punto di equilibrio.

Ma ha anche permesso un altro progresso nella comprensione:Anderegg afferma che il modello consente loro di simulare la capacità degli alberi di acclimatarsi al caldo e alla siccità, sia a breve termine, chiudendo o aprendo gli stomi, o su scale temporali lunghe, dalla crescita extra degli alberi o dal deperimento della foresta. "Supponiamo che le piante siano adattate per essere in qualche modo intelligenti nel rispondere al clima e all'ambiente, " dice Anderegg.

Un po' di acclimatazione è stata osservata in precedenti esperimenti in cui gli alberi erano immersi in CO ₂ -aria arricchita, Ventura aggiunge, e si vede anche in foreste simili tra loro ma situate in climi leggermente diversi.

"I nostri modelli odierni non fanno fisiologia o acclimatazione, " Dice Anderegg. "Sono estremamente importanti per il futuro delle foreste. Abbiamo escogitato modi per incorporarli".

È tutta una questione di rapporto

I risultati del modello, Sperry dice, suggeriscono che il vincitore del tiro alla fune non dipende dalla quantità assoluta di CO ₂ aumento o riscaldamento:solo il rapporto tra i due.

"Quindi puoi avere la stessa foresta che si muove attraverso grandi gradienti nel cambiamento climatico se quel rapporto è al punto neutro, " Dice Sperry. "Ma tutto ciò che spinge quel rapporto verso il riscaldamento avrà un potenziale impatto negativo serio".

Se le foreste non sono in grado di acclimatarsi, scrivono i ricercatori, allora il rapporto deve essere superiore a 89 parti per milione di CO ₂ per grado C di riscaldamento per evitare stress significativi e la morte degli alberi. Solo il 55% delle previsioni climatiche mostra che questo scenario si sta verificando. Ma se le foreste sono in grado di acclimatarsi, quindi possono tollerare un rapporto inferiore:67 parti per milione di CO ₂ per grado di riscaldamento, che si verifica nel 71% delle previsioni.

Altri fattori di ribaltamento

Ma anche con l'acclimatazione, altri fattori possono far pendere la bilancia verso la catastrofe forestale. Il modello non tiene conto di incendi boschivi o infestazioni di insetti, Ventura dice, solo la fisiologia degli alberi, sebbene le foreste stressate siano più suscettibili sia agli incendi che agli insetti.

"Sta migliorando un pezzo del puzzle, ma dobbiamo ancora imparare molto sugli altri pezzi e su come sono integrati, " lui dice.

I ricercatori scrivono anche che anche gli anni eccezionalmente secchi possono far pendere la bilancia. "In quei casi, se scendiamo al di sotto di una soglia di umidità del suolo, potremmo far morire l'intera foresta, " Dice Venturas. La mortalità può avvenire in modo relativamente improvviso. "Lo vedi nel tuo vaso di fiori a casa se ti dimentichi di annaffiare, "Sperry dice. "Sembrerà a posto fino a un certo punto, ma poi raggiungi quella soglia di umidità e in pochi giorni la pianta può morire. Se non piove in quel periodo, il sistema entra in un ciclo in cui il terreno si asciuga troppo velocemente e manda gli alberi in insufficienza vascolare."

Sperry aggiunge che lo studio prevede condizioni climatiche precarie per le future foreste. "Lo studio non dà in alcun modo il via libera allo status quo".