Амазонка не гори, а е в предсмъртна агония. Листата светят, защото не могат да издържат повече

В сърцето на амазонската джунгла, на нивото на короните на дърветата, на места, където човешки крак почти не е стъпвал, учени от Мичиганския университет (MSU) са разкрили един от най-фините биологични механизми за оцеляване. Новото изследване, публикувано в списание New Phytologist обяснява в детайли как гигантските тропически дървета не само издържат на интензивната слънчева радиация, но и знаят как да се справят с нейния излишък – дори в условия на висока температура и суша.

Главен герой на тази история е дипломантът Леонардо Чикарди, който е посветил повече от четири години на щателни измервания в централната част на Амазонка. Заедно с доцент Скот Старк от Факултета по горско стопанство на MSU, той провежда десетки теренни експедиции, обхващащи различни сезони, метеорологични условия и височини на короните.

Учените е трябвало да се изкачат на дървета с височина до 60 метра, за да получат достъп до хиляди листа от най-различни видове.

В продължение на стотици часове на главозамайваща височина Сикарди записва поведението на листата в отговор на постъпващата слънчева енергия. Основната задача била да се установи как точно растенията преразпределят погълнатите фотони (т.е. кванти светлина) и какво се случва, когато има твърде много светлина. В края на краищата в тропическия климат твърде многото енергия не е нещо необичайно, а норма.

В работата е използвано иновативно преносимо устройство, наречено MultispeQ, разработено в лабораторията на MSU под ръководството на съавтора на изследването професор Дейвид Крамер. Това устройство позволява точно да се оцени фотосинтетичната активност на листата и да се проследи как те се освобождават от излишната енергия.

Ако растението получава повече светлина, отколкото може да използва за фотосинтеза, излишъкът трябва да бъде безопасно разпръснат. В противен случай – прегряване, увреждане на тъканите и намаляване на жизнеспособността. Енергията може да се превърне в топлина или да се излъчи отново като светлина – процес, известен като хлорофилна флуоресценция.

Именно измерването на тази флуоресценция е от ключово значение за разбирането на поведението на тропическата растителност. Проучването за първи път дава подробна представа за начина, по който амазонската растителност реагира на екстремни климатични условия – било то тежка суша или необичайна слънчева активност.

Оказа се, че дори в среда на екстремна топлина и суша листата запазват способността си да фотосинтезират, но само ако активно се използват защитните механизми. Вместо да увеличават интензивността на фотохимичните реакции, растенията насочвали все повече енергия към нейното разсейване.

Едно от главните открития е трифазната реакция на листата при нарастващо излагане на светлина и липса на влага. При умерена светлина се наблюдаваше плавна координация: фотосинтезата и флуоресценцията се увеличаваха или намаляваха едновременно. Но при по-нататъшно увеличаване на стреса ситуацията се променя драстично.

В условията на силно слънцегреене и сух въздух енергийният баланс бил нарушен. Механизмите за термозащита били претоварени, фотосинтетичните процеси замирали, а нивото на флуоресценция, напротив, рязко се увеличавало. Подобно поведение показва претоварване и възможно разрушаване на ключови структури, отговорни за превръщането на слънчевата светлина в химическа енергия.

Получените данни са особено актуални на фона на нарастващата популярност на спътниковото наблюдение на екосистемите. През последните години все по-често се използва техниката за регистриране на т.нар. индуцирана слънчева флуоресценция (SIF) – косвен показател за фотосинтетичната активност, но, както показва проучването, при стресови условия, като например суша, може да има несъответствие между флуоресценцията и действителната продуктивност.

Тоест една гора може да изглежда „жива“ от орбита, докато фотосинтетичният ѝ апарат вече работи в авариен режим. В резултат на това съществува риск от надценяване на състоянието на тропическите екосистеми и, като следствие, от неправилни климатични прогнози или подценяване на степента на деградация.

Важно е да се отбележи, че загубата на облачна покривка, която съпътства сухите сезони увеличава интензивността на слънчевата радиация. Това води до двоен удар: растенията губят влага и в същото време получават повече светлина, отколкото могат да обработят. Новите данни ще помогнат да се разберат границите, до които дърветата са в състояние да се адаптират към променящите се условия и къде се намират границите на тази устойчивост.

Базата данни, създадена от изследователския екип обхваща множество видове, светлинни условия и височини. Това я прави не само уникална, но и подходяща за по-нататъшно моделиране на реакцията на горите към климатичните промени. Такъв мащаб и разделителна способност не са били постигани досега в областта.

Работата на Чикарди не е просто изследователски проект, а мащабно проучване в екстремна среда, което изисква не само методологическа прецизност, но и физическа издръжливост. В края на краищата извършването на измервания по върховете на тропическите дървета не е климатизирана лаборатория, а истинска експедиция.

Научната стойност на резултатите се състои не само в това, че за първи път са описани специфични физиологични реакции в короните на амазонските дървета, но и във факта, че те отварят нови въпроси. Например: възможно ли е с помощта на сателитни данни да се направи надеждна оценка на здравословното състояние на горите в условията на глобално затопляне? И ако не – кои методи за наблюдение ще работят по-точно?

Като цяло откритието показва: дърветата в амазонската гора не са пасивни жертви на климатичните промени, а активни играчи със сложна система за регулиране. Но дори способността им да се адаптират има граници. Разбирането къде е тази граница е изключително важна задача, особено след като планетата се променя с все по-бързи темпове.