Ученые заявили, что скорость фотосинтеза падает во всем мире

Фотосинтез — процесс, благодаря которому растения превращают свет и углекислый газ в энергию и кислород. Это один из самых важных биологических процессов на Земле, который поддерживает жизнь и регулирует климат. Но что произойдет, если уровень углекислого газа в атмосфере будет слишком высок?


Ученые из Китая и США обнаружили, что повышение концентрации CO2 замедляет темпы роста глобального фотосинтеза. Их исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что причина кроется в изменении давления атмосферных паров (VPD), которое определяет скорость фотосинтеза растений.

VPD — разница между давлением насыщенного пара при данной температуре и давлением пара в атмосфере. Чем выше VPD, тем суше воздух и тем больше испаряется воды с поверхности листьев. Это заставляет растения закрывать свои устьица – микроскопические отверстия на листьях, через которые они дышат и обмениваются газами. Закрытие устьиц снижает потерю воды, но также ограничивает поступление CO2 в лист и выход кислорода из него. Таким образом, VPD влияет на баланс между транспирацией (испарением воды) и фотосинтезом.

Ученые анализировали данные о количестве CO2 в воде и в атмосфере, собранные датчиками, установленными в разных концах планеты с 1982 по 2016 год. Кроме того, они изучали спутниковые снимки областей, покрытых растительностью. Они обнаружили, что по мере роста уровня CO2 за последние 100 лет темпы фотосинтеза росли, но уже в ближайшем будущем он может и вовсе прекратиться.

Причина этого – снижение VPD, вызванное повышением относительной влажности воздуха. Относительная влажность — отношение давления пара к давлению насыщенного пара при данной температуре. Повышение относительной влажности означает, что атмосфера становится более насыщенной паром и ближе к точке росы – температуре, при которой начинается конденсация. Это приводит к уменьшению разницы между давлением пара на поверхности листа и давлением пара в атмосфере, то есть к снижению VPD.

Снижение VPD уменьшает потребность растений в транспирации и позволяет им держать устьица открытыми дольше. Это кажется положительным эффектом, так как растения могут лучше использовать доступный CO2 для фотосинтеза. Однако, ученые выяснили, что это не так. Они обнаружили, что снижение VPD приводит к уменьшению скорости диффузии CO2 внутри листа и к снижению активности фермента рубиско, который катализирует первый шаг фотосинтеза. Эти факторы ограничивают скорость фотосинтеза и перевешивают положительный эффект открытых устьиц.

Ученые также обнаружили, что снижение VPD сопровождается снижением озеленения земли, наблюдаемого со спутников из космоса. Озеленение земли — увеличение площади и плотности растительного покрова на земной поверхности. Оно свидетельствует о росте биологической продуктивности растений и их способности поглощать CO2 из атмосферы. Снижение озеленения земли означает, что растения становятся менее эффективными в фотосинтезе и менее способными смягчать последствия климатических изменений.

Исследование показывает, что повышение CO2 в атмосфере не только влияет на климат, но и на биологические процессы на Земле. Ученые предупреждают, что если этот тренд продолжится, то фотосинтез может стать одним из самых уязвимых звеньев в глобальной экологической системе. Они призывают к дальнейшему изучению взаимодействия между CO2, VPD и фотосинтезом, а также к разработке стратегий по снижению выбросов CO2 и адаптации растений к изменяющимся условиям.