Как кроны амазонских деревьев из последних сил регулируют свет и тепло: ответ ученых

(а) Вертикальная стратификация лесов, иллюстрирующая различия в фотосинтетически активной радиации (PAR; в мкмоль м−2 с−1). (б) Индивидуальный подход к отбору проб с использованием передовых методов лазания по деревьям для получения доступа к различным уровням полога и выявления изменений в поглощенной PAR (APAR) путем измерения флуоресценции хлорофилла листьев in situ на разных уровнях полога. три различных положения заводной головки с помощью MultispeQ (адаптировано по материалам Magney et al., 2020). SIF, индуцированная солнцем флуоресценция Хл. Автор: New Phytologist (2025). DOI: 10.1111/nph.70183Источник: https://phys.org/

В исследовании, опубликованном в журнале New Phytologist, ученые из Мичиганского государственного университета (MSU) выяснили, как деревья тропических лесов Амазонки пока справляются с интенсивным солнечным светом, который они поглощают. Работа доказывает уникальную устойчивость лесного покрова к жарким и сухим условиям, а также призывают скорректировать мониторинг состояния лесов в текущих экстремальных условиях.

Исследование, проведенное под руководством докторанта Леонардо Зиккарди и доцента Скотта Старка с факультета лесного хозяйства MSU, показывает, как тропические деревья действуют подобно гигантским солнечным батареям, поглощая огромное количество световой энергии, которой необходимо тщательно управлять. Когда деревья поглощают больше энергии, чем могут использовать для фотосинтеза, ее необходимо безопасно рассеивать либо в виде тепла, либо повторно излучать в виде света. Второй процесс называется флуоресценцией хлорофилла.

С 2019 года авторы провели несколько полевых кампаний в разные сезоны, забираясь на гигантские деревья в самом сердце Амазонии, чтобы понять, как эти леса реагируют на изменения окружающей среды. Ученые провели сотни часов под навесом, выполняя измерения. По словам исследователей это была самая напряженных и полезных работ, которые им доводилось проводить.

Леонардо Зиккарди провел более четырех лет, лазая по деревьям высотой 50–60 метров в центральной части Амазонии, измеряя судьбу поглощенных фотонов в тысячах листьев разных видов, высоту крон и условия освещенности, в результате чего был собран поистине беспрецедентный набор данных.

Используя портативный прибор MultispeQ, разработанный в MSU соавтором Дэвидом Крамером, Зиккарди запечатлел, как листья в естественных условиях уравновешивают поступающий свет своей способностью к фотосинтезу или рассеиванию избыточной энергии.

Леонардо Зиккарди использует мультиспектральный прибор, разработанный в штате Мичиган, для измерения фотосинтеза листьев в средней части полога амазонского леса. Автор: Рафаэль Франсиско Грило.Источник: https://phys.org/

Полученные данные позволяют впервые в своем роде взглянуть на то, как джунгли Амазонки справляются с экстремальными сезонными явлениями. Поскольку Амазония испытывает растущий стресс как из-за парниковых газов, так и из-за вырубки лесов, что приводит к более жарким и сухим условиям в дельте, понимание того, как деревья управляют световой энергией, имеет важное значение для прогнозирования их будущего выживания.

Изменение климата не только приводит к усилению физиологического стресса из-за пониженной влагообеспеченности почвы и сухого и жаркого воздуха, но и может привести к увеличению количества солнечного света, попадающего в лес. Это происходит потому, что в более сухих условиях меньше облаков, что усиливает инсоляцию. Исследование выяснило, могут ли амазонские деревья поглощать и использовать этот дополнительный свет в стрессовых условиях.

Несмотря на интенсивный солнечный свет и сухость воздуха, листья деревьев смогли продолжить фотосинтез, но только за счет рассеивания энергии в ночное время. Впервые в Амазонии исследование выявило трехфазную реакцию листьев на повышение освещенности и засуху. При слабом или умеренном освещении листья уравновешивают потребление энергии фотосинтезом и флуоресценцией. Эти процессы, как правило, усиливаются и ослабевают синхронно.

Несмотря на все усилия человека, в Бразилии все еще много диких обезьянИсточник: Unsplash

По мере усиления светового воздействия и засухи этот баланс нарушается. Механизмы рассеивания тепла перегружаются, фотосинтез снижается, и флуоресценция может резко возрасти, что сигнализирует о потенциальном повреждении фотосинтетических механизмов. Это должны учитывать ученые, наблюдающие за флуоресценцией со спутников для мониторинга состояния лесов Амазонки. Хотя флуоресценция считается индикатором фотосинтеза, исследование показывает, что фотосинтез и флуоресценция не всегда происходят одновременно с максимальной эффективностью. При экстремальной инсоляции и стрессе эта взаимосвязь нарушается, и листья могут флуоресцировать сильнее обычного, при том, что их фотосинтетический аппарат выходит из строя. В итоге со спутника картинка будет казаться благоприятной (джунгли светятся), но на деле ожидаемый фотосинтез в них из-за перегрева окажется сильно затруднен, что приведет к переизбытку углекислого газа с дальнейшим «эффектом домино».

О жизни изолированных народов Амазонии читайте в недавнем материале Hi-Tech Mail.