• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10.02.2022
Александр Березин
5
5 123

Потепление ускоряет добычу азота деревьями. Это упростит дальнейшее глобальное озеленение

5.9

Фиксация азота важна для поддержания ускоренного роста растений — и, как теперь выяснилось, сильнее всего она работает при очень высоких температурах. Это объясняет дефицит азота в почве северных земель.

Красная ольха, один из важнейших азотфиксаторов умеренного пояса. Азот, который попадает в почву благодаря ее бактериям-симбионтам, упрощает жизнь и множеству других видов растений / ©Wikimedia Commons / Автор: Sycophanta Duccius

Сегодня на Земле идет глобальное озеленение: площадь листьев быстро увеличивается, из-за чего планета на спутниковых снимках из космоса с каждым десятилетием выглядит зеленее, чем раньше. Зеленая биомасса растений при этом растет быстрее, чем площадь листьев, поскольку рост концентрации СО2 в воздухе снижает потребность отдельных растений в избыточной площади листьях (те служат для поглощения углекислого газа, а для фотосинтеза зачастую достаточно меньшей листовой поверхности).

Однако все эти процессы, вызванные антропогенными выбросами углерода, вызвали у ряда ученых опасения по поводу будущего дефицита почвенного азота. Азот нужен всем живым существам для построения важных компонентов клеток, без него даже высокое количество СО2 в воздухе не даст дальше наращивать зеленую биомассу. Многие утверждали, что усиленный рост растений исчерпает запасы азота в почве, после чего глобальное озеленение может остановиться.

Чтобы прояснить этот вопрос, группа исследователей из США изучила, как процессы биологической азотфиксации протекают при повышении температур. Работа опубликована в Nature Plants.

Азотфиксацией называют процесс усвоения живыми организмами азота из атмосферного воздуха. Нужные для этого гены встречаются только у бактерий и архей, но их нет у растений. Однако многие виды растений традиционно существуют в симбиозе с почвенными бактериями, расположенными у их корней. Растения снабжают бактерий-симбионтов сахаром (на фиксацию грамма азота уходит 500 граммов сахарозы), а те дают им азот. Выработка сахаров растениями в теории связана с температурой, но достоверно выявить, при какой она самая высокая, сложно.

Антропогенные выбросы выбросов СО2 подняли первичную биопродуктивность земных растений более, чем на 35%. Темно-зеленым показана та часть этого роста, которую обеспечило ускорение фотосинтеза на единицу площади листьев. Светло-зеленым показана та часть, которую обеспечило увеличение общей площади листьев на планете, вызванное глобальным озеленением. Коричневым п показана та доля роста биомассы, которую обеспечил рост температур, вызванные антропогенными выбросами СО2

Например, хотя считается, что фотосинтез растений оптимально идет при плюс 25-30 градусах, на деле эксперименты показывают: оптимальная температура фотосинтеза для листьев растений одного и того же вида зависит от той температуры, при которой эти листья сформировались. Для листьев озимой пшеницы, сформировавшихся при плюс 35, оптимальной температурой фотосинтеза будут те же плюс 35 градусов. Но в дикой природе, вне лабораторных экспериментов, озимая пшеница с такой температурой практически не сталкивается. Для антарктических растений оптимальная скорость фотосинтеза достигается при плюс 8-15, а для теплолюбивой Tridestomia oblongifolia — при плюс 45.

Поэтому расчетно оценить, как будет меняться скорость азотфиксации у симбионтов реальных растений, чрезвычайно сложно. Оптимальным были бы наблюдения или эксперименты, позволяющие выяснить это эмпирическим путем. Авторы новой работы взяли саженцы красной ольхи (Alnus rubra), один из видов восковницы (Myrica cerifera), робинии ложноакациевой (Robinia pseudoacacia) и тропическое дерево Gliricidia sepium. Эти виды были выбраны как представители родов, играющих большую роль в азотфиксации по всему миру. В экспериментах (в закрытом грунте) ученые постепенно повышали температуры и замеряли скорость азотфиксации для бактерий-симбионтов в каждом из случаев.

Выяснилось, что самой высокой эта скорость была при плюс 29,0-36,9 градуса — температурах, с которыми даже тропические деревья сталкиваются не везде, а там, где сталкиваются, — не слишком часто. Деревья умеренного климата сталкиваются с чем-то подобным вообще редко. Из этого авторы делают вывод, что в экосистемах с прохладным климатом эффективность азотфиксации как минимум для деревьев ограничивается температурой — и это может объяснять типичную бедность северных почв азотом, особенно тяжелую в северной тайге.

Глобальное озеленение в 2000-2018 годах по данным спутниковых снимков NASA. Коричневые зоны показывают, в основном, районы интенсивных вырубок. Следует отметить, что спутниковые снимки не могут учесть ускорение фотосинтеза (они видят только рост общей площади листьев), поэтому они несколько преуменьшают реальные масштабы глобального озеленения. Однако и на них видно, что речь идет об очень значительных величинах  / ©earthobservatory.nasa.gov

Исследователи также отмечают, что плюс 29,0–36,9 градуса, напротив, были нормой в мезозое и раннем кайнозое. По их мнению, именно такие высокие температуры способствовали эволюции симбиоза азотфиксирующих бактерий и растений. Последующее охлаждение климата продолжительностью в десятки миллионов лет, наоборот, могло заставить часть родов растений потерять способность к азотфиксации: стало слишком холодно для того, чтобы она оставалась вполне эффективной.

Кроме этого, авторы замерили скорость фотосинтеза для каждого растения при концентрации СО2 в воздухе в 275 частей на миллион (такая была до промышленной революции) и при 400 частях на миллион (такая была в 2010-х). Оказалось, при доиндустриальных количествах СО2 оптимальные температуры для фотосинтеза были намного ниже, чем при современном уровне СО2.

Даже красная ольха, дерево умеренного климата, при 275 частях на миллион оптимально росло при 25,4-28,7 градуса. А при 400 частях на миллион оптимальная температура роста у нее оказывалась в диапазоне 26,2-30,3 градуса (типичная температура тропических джунглей). Разрыв между температурой, которая оптимальна для азотфиксации или оптимальна для фотосинтеза деревьев, заметно меньше для высокого СО2, типичного в сегодняшней атмосфере, чем для низкого СО2, типичного для атмосферы доиндустриальной, добавляют ученые.

В итоге исследователи приходят к выводу, что по мере глобального потепления скорость получения растениями (точнее, их симбионтами) азота из воздуха будет повышаться даже для тропических регионов. Это, отмечают они, противоречит предположениям, принятым в сегодняшних моделях, где оптимальной температурой для фиксации азота почему-то считают 25,2 градуса. Поэтому в таких моделях получается, что по мере потепления доступность азота для растений будет снижаться, в то время как новая работа показывает: случится ровно наоборот.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 07:03
Мария Азарова

Ученые из Австралии исследовали влияние сексуальной активности, а именно — самоудовлетворения и полового контакта с партнером — на объективные и субъективные параметры сна, в том числе на мотивацию поутру и готовность к новому дню.

Позавчера, 17:18
Редакция Naked Science

В 2023 году руководство особой экономической зоны «Алабуга» представило план развития до 2048-го: он предполагает освоение космического пространства.

Вчера, 14:09
Сколтех

Стартап «Фистех», созданный на базе Сколтеха, впервые в России сконструировал и успешно протестировал фотонные интегральные схемы (ФИС) для работы с высокочастотными сигналами с шириной полосы до 22 гигагерца. Разработка нацелена на обеспечение российских производителей телекоммуникационными решениями на базе отечественных ФИС.

27 марта
Сколтех

Ученые из Сколтеха исследовали разнообразие молекул, которые могут образовываться из атомов кислорода и углерода. Помимо широко известных углекислого и угарного газов, моделирование обнаружило две сотни экзотических, но относительно стабильных соединений этих двух элементов, многие из которых не были описаны ранее. Этот класс веществ представляет интерес для исследований космоса, аккумуляторных технологий, биохимии и — неожиданным образом — для разработки промышленной взрывчатки и ракетного топлива. Как оказалось, некоторые из открытых веществ при распаде будут высвобождать более 75 процентов взрывной энергии тротила.

Позавчера, 13:18
Татьяна

Два ключевых события сыграли решающую роль в формировании генетического профиля современных европейских народов. Первое связано с приходом ранних фермеров из Анатолии примерно восемь тысяч лет назад, второе — масштабная миграция на запад носителей ямной степной культуры, начавшаяся пять тысяч лет назад. Однако ученые видят множество отличий от общей картины в разных регионах. В новой работе они проанализировали ДНК древних жителей самого северо-запада Европы и обнаружили более тесную связь с охотниками-собирателями, чем где бы то ни было.

Вчера, 07:03
Мария Азарова

Ученые из Австралии исследовали влияние сексуальной активности, а именно — самоудовлетворения и полового контакта с партнером — на объективные и субъективные параметры сна, в том числе на мотивацию поутру и готовность к новому дню.

6 марта
Юлия Трепалина

В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.

15 марта
Юлия Трепалина

Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).

18 марта
Илья

Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев
-
0
+
Получается интересная вещь, ведь если верить википедии, то усиление солнечной активности уменьшит количества углекислого газа на Земле и после 600 млн.л.в б. фотосинтез С-3 уже будет не возможен, дальнейшее падение приведёт к тому что фотосинтез С-4 так же будет не возможен. НО! Мы говорим это от нашего времени, и самое интересное что уже сейчас Флора начала выстраивать новые типы более эффективного фотосинтеза, и есть ощущение что следующие 300-500 млн.л. у растений будет идти гонка более эффективного фотосинтеза с последующим самообеспечению и тем самым не зависеть от уровня углекислого газа на планете, то есть газ будет формироваться в неких новых органах, используя микроорганизмы выделяющие углекислый газ и честно по мне потенциальными революционерами могут стать сегодняшние насекомоядные растения. То есть вполне возможно в будущем через 600 млн.л. не будет проблемы для растений низкий уровень углекислого газа, кроме тех кто сохранил старый вариант фотосинтеза, но к тому времени они уже будут реликтами. Кстати чем теплее на планете тем эффективнее новые модерации фотосинтеза тот же С-4 и САМ-фотосинтез. Если говорить про то Азотфиксацию, то уже в статье сказано что эффективность данного процесса увеличивается с потеплением климата, соответственно объём данного газа со временем будет захораниваться растениями, в принципе даже в той же википедии говорится что если этот процесс будет идти то климат на планете вполне будет сносным ещё 2 млрд.л. И тогда получается интересная вещь с учётом Азотфиксации которая будет уменьшать объём Азота в атмосфере и замедлять поднятие планетарных температур (то есть 1,1 млрд.л.в б. температура на планете будет намного ниже 47°C, а скорее в районе 29-36°C) и эволюции фотосинтеза с переходом на самообеспечение, то это означает что испарение океана в начале 1 млрд.л.в б. не будет происходить как описывают в Википедии, соответственно зная то что вода играет большую роль в Тектонике Плит то можно предположить что ТК продолжится.
    -
    0
    +
    Если смотреть последние 750 млн.л., то можно заметить явную цикличность, грубо говоря от распада Родинии и до формирования Пангеи прошло 415 млн.л., интересно что следующий суперконтинент сформируется через 250 млн.л. по расчётам, что соответствует 425 млн.л. При этом даже формирование Палеозойской Гондваны от распада Родинии проходит 220 млн.л., если посмотреть на сегодняшнюю карту то и зная направления движение литосферных плит то явно что через 50 млн.л. сформируется некий аналог Палеозойской Гондваны на основе большей части Африки (кроме Сомалийской плиты), Евразии и возможно Северной Америки, Австралии, а остальные материки Южная Америка, Антарктида и Восточная Африка которая отколется это почти 2,9 млн. кв. км будут отдельными континентами, то есть получится ситуация похожая на ранний Палеозой в плане географии, только новая Гондвана будет на севере, а малые континенты южнее будут находится. Если всё так то тогда можно предсказать примерно когда расколется новый суперконтинент и последующие этапы формирование последующего суперконтинента в районе 800-850 млн.л.в б.. А с учётом того что флора обеспечит вполне нормальные температурные условия, то распад 2 будущего суперконтинента произойдёт в районе 1 млрд.л.в б. и дальнейшее прохождение нового Суперконтинентального цикла вплоть до 1,4-1,5 млрд.л.в б., но а дальше возникает ситуация Хрупкости когда любое вымирание может спровоцировать падение всей Биосферы из-за резкого увеличения температуры.
    +
      ещё комментарии
      -
      0
      +
      Вполне возможно что начиная с 500-600 млн.л.в б. растения начнут формировать ответы на увеличение светимости Солнца и потепления климата, это и усиление Азотфиксации как один из примеров, тогда вполне возможно что если на 2 суперконтиненте произойдут события аналогичные Сибирским траппам, то тогда вполне возможно может произойти биосферная катастрофа в районе 900-1000 млн.л.в б., НО а если Биосфера переживёт этот момент то следующий аналогичное событие уже точно добьёт биосферу. Есть ли шансы на то что биосфера переживёт на катастрофу? Ну в принципе можно предположить что к этому времени у растений сформируется группа которая будет способная отражение части солнечного света (приобретут ли листья белый цвет?) то в таком случае Земля будет иметь более отражательную способность чем в наше время, так как растения просто будут расти везде. Плюс возможно появления неких охлаждающих ферментов которые будут охлаждать окружающий воздух. В такой ситуации Биосфера будет иметь не малые шансы на то чтобы пережить аналог Сибирских траппов. Ну а что будет происходит в течении следующих 400-600 млн.л. это уже трудно представить, но скорее если растения сформируют охлаждающие ферменты, то в течении следующих сотен миллионов лет будет формироваться новый атмосферный слой, но бесконечно это продолжаться не сможет, так как верхние слои атмосферы будут сильно нагреваться и разница температур будет увеличиваться, но диффузия тепла будет проникать в новый атмосферный слой с увеличением влажности и давления (наверно это будут очень странный мир), но в конечном итоге произойдёт катастрофа да хоть следующий аналог Сибирских траппов, но это уже будет приговором для Биосферы и Жизни в целом а это в районе 1,5-1,6 млрд.л.в б.
        -
        0
        +
        Почему не 2 млрд. л.? Потому что как я понял ту цифру они хоть и рассчитали, но скорее всего уже с учетом того что Тектоники Плит не будет, если ошибаюсь извините. А вот если она будет и примерно такой же интенсивности то Катастрофа для Биосферы произойдёт несколько раньше. А так получится Парадокс Сильного Солнца и комфортного климата Земли.
-
1
+
Ещё одна политически некорректная статья :-) Ответом экофашистов стандартно будет заговор молчания.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно