Oude bomen en hun inefficiënte fotorespiratie: een mogelijke stabilisator van de Aarde’s atmosfeer tijdens de laatste ijstijd

Oude bomen speelden mogelijk een cruciale rol in het reguleren van het klimaat van de aarde tijdens de laatste ijstijd door minder efficiënt te ‘ademen’.

Een nieuwe studie, geleid door een onderzoeker van de Pennsylvania State University en gepubliceerd in Nature Geoscience, onderzocht chemische vingerafdrukken in subfossiel hout, oftewel bewaarde bomen, uit heel Noord-Amerika. Dit werd gedaan om te begrijpen hoe planten reageerden op de lage koolstofdioxide (CO2) niveaus en koelere temperaturen van de laatste ijstijd, ongeveer 20.000 jaar geleden.

De onderzoekers ontdekten dat naarmate de temperatuur en CO2-niveaus daalden, bomen in veel regio’s hun fotorespiratie verhoogden. Dit proces is vergelijkbaar met het moeilijk ademen voor planten en is een teken dat ze mogelijk energie verspillen en CO2 terug de atmosfeer in vrijlaten. Deze verhoogde CO2-uitstoot kan onbedoeld het klimaat net warm genoeg hebben gehouden, met voldoende koolstof in de atmosfeer voor planten om te overleven—het fungeerde als een soort natuurlijke handrem die hielp om de leefomgeving van de aarde bewoonbaar te houden.

“Wanneer we vooruitkijken naar wat er zal gebeuren naarmate het klimaat verandert, is een grote vraag: Als we de atmosferische CO2 blijven verhogen, hoe zal de plantenwereld dan reageren?” zei Max Lloyd, assistent-professor geowetenschappen aan de Pennsylvania State University en hoofdauteur van het onderzoek.

“We vonden een duidelijke link tussen veranderingen in het klimaat en reacties in de biosfeer. Toen de atmosferische CO2-niveaus en temperaturen daalden, werden veel planten minder efficiënt in het vastleggen van koolstof, wat op zijn beurt de verdere afname van CO2 uit de atmosfeer vertraagde. Er is een natuurlijke feedbacklus die we net beginnen te begrijpen.”

Om te bestuderen hoe planten het deden tijdens de laatste ijstijd, die duurde van ongeveer 115.000 tot 12.000 jaar geleden, gebruikten Lloyd en zijn collega’s een nieuwe techniek om de fotorespiratiesnelheden in oude bomen te reconstrueren. Fotorespiratie is het proces waarbij planten zuurstof opnemen en koolstofdioxide vrijlaten, wat in wezen een deel van het werk van de fotosynthese ongedaan maakt, het proces waardoor planten energie maken uit zonlicht en koolstofdioxide.

De innovatieve techniek gebruikte een chemisch proces dat moleculen met meerdere zeldzame varianten, de zogenaamde geclumpte isotopen, in hout meet. Isotopen hebben vergelijkbare chemische eigenschappen maar verschillende fysieke eigenschappen, en geclumpte isotopen fungeren als een vingerafdruk voor fotorespiratie, legde Lloyd uit.

Door isotopenanalyses van bomen uit de ijstijd te vergelijken met moderne bomen, ontdekte het team dat bomen uit warmere gebieden tijdens de ijstijd hogere fotorespiratiesnelheden hadden dan hun moderne tegenhangers. Dit suggereert dat de lage CO2-niveaus tijdens de laatste ijstijd de productiviteit van planten aanzienlijk beperkten, de hoeveelheid koolstof die ze in hout en bodem konden opslaan verminderden en de planten in nood dwongen.

Enkele belangrijke monsters in de studie kwamen van de La Brea Tar Pits in Zuid-Californië, waar onderzoekers oud jeneverhout, bewaard in teer, analyseerden. Het team vond duidelijke tekenen van verhoogde fotorespiratie in de monsters, wat betekent dat de bomen CO2 bijna net zo snel terug in de atmosfeer vrijlieten als ze het verwijderden.

“De relatief onderbestudeerde plantenfossielen in de La Brea Tar Pits zijn een uitstekende bron om de reacties van planten op klimaatverandering te begrijpen, niet alleen in het verleden, maar ook in de toekomst,” zei Regan Dunn, assistent-dependant directeur van de La Brea Tar Pits & Museum en co-auteur van het onderzoek. “We krabben pas aan de oppervlakte van wat deze oude planten ons kunnen vertellen.”

De bevindingen helpen te verklaren waarom eerdere studies hebben aangetoond dat de atmosferische kooldioxideniveaus nooit onder de drempel van ongeveer 185 tot 210 deeltjes per miljoen vielen tijdens ijstijdperken, aldus Lloyd.

“Voor zover wij weten, is dit de eerste keer dat we de langgehouden hypothese konden testen dat verhoogde fotorespiratie hielp om de atmosferische kooldioxide op deze niveaus te houden tienduizenden jaren geleden,” zei Lloyd. “Het testen hiervan vereiste het maken van metingen van bomen die daadwerkelijk op dat moment groeiden.”

Hij voegde eraan toe dat fotorespiratie een belangrijke factor is voor de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer. In een tijd waarin er urgentie is rond het modelleren van klimaatscenario’s, zei Lloyd dat het van vitaal belang is om het effect van planten op de atmosfeer te begrijpen en te verantwoorden. Een manier om vooruit te kijken is om naar het verleden te kijken en te bestuderen hoe de biosfeer van de aarde zichzelf mogelijk heeft gereguleerd in eerdere tijden van klimaatstress.

“We proberen te begrijpen hoe planten reageren op dramatische veranderingen in hun wereld door te kijken naar een tijd waarin het klimaat relatief snel veranderde,” zei Lloyd.