NASA-wetenschappers registreren de bloei van wilde bloemen om ons veranderende klimaat te begrijpen

Onderzoek van NASA onthult dat bloemen meer zijn dan wat het menselijke oog ziet. Een recente analyse van wilde bloemen in Californië toont aan hoe lucht- en ruimte-instrumenten kleur kunnen gebruiken om seizoensgebonden bloeicycli te volgen. De resultaten suggereren een potentieel nieuw hulpmiddel voor boeren en beheerders van natuurlijke hulpbronnen die afhankelijk zijn van bloeiende planten.

In hun studie hebben wetenschappers duizenden hectares natuurreservaat onderzocht met behulp van technologie ontwikkeld door NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. Het instrument – een beeldspectrometer – heeft het landschap in honderden golflengten van licht in kaart gebracht, en vastgelegd hoe bloemen bloeiden en verouderen gedurende enkele maanden. Deze studie is gepubliceerd in het tijdschrift Ecosphere.

Het was de eerste keer dat het instrument werd ingezet om vegetatie continu door het groeiseizoen te volgen, waardoor dit een “unieke studie” werd, aldus David Schimel, een onderzoekswetenschapper bij JPL.

Voor veel plantensoorten, van gewassen tot cactussen, is de bloei afgestemd op seizoensgebonden schommelingen in temperatuur, daglicht en neerslag. Wetenschappers onderzoeken de relatie tussen plantleven en seizoenen – bekend als vegetatiefenologie – om te begrijpen hoe stijgende temperaturen en veranderende neerslagpatronen mogelijk invloed hebben op ecosystemen.

Traditioneel vertrouwen onderzoeken naar wilde bloemen op observaties ter plaatse en hulpmiddelen zoals tijd-lapse fotografie. Maar deze benaderingen kunnen bredere veranderingen die zich in verschillende ecosystemen over de hele wereld voordoen, niet vastleggen, aldus hoofdauteur Yoseline Angel, een wetenschapper aan de Universiteit van Maryland-College Park en NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

“Een uitdaging is dat bloemen, vergeleken met bladeren of andere delen van een plant, vrij vergankelijk kunnen zijn,” zei ze. “Ze kunnen maar een paar weken meegaan.” Om bloei op grote schaal te volgen, kijken Angel en andere NASA-wetenschappers naar een van de kenmerkende eigenschappen van bloemen: kleur.

Bloempigmenten vallen in drie hoofdgroepen: carotenoïden en betalaines (geassocieerd met gele, oranje en rode kleuren), en anthocyanines (verantwoordelijk voor veel diepe rood- en blauwtinten). De verschillende chemische structuren van de pigmenten weerkaatsen en absorberen licht in unieke patronen. Spectrometers stellen wetenschappers in staat om de patronen te analyseren en plantensoorten te catalogiseren op basis van hun chemische “vingerafdruk”.

Handheld apparaten worden gebruikt om monsters in het veld of in het laboratorium te analyseren. Om manen en planeten, inclusief de aarde, te onderzoeken, heeft NASA de afgelopen 45 jaar steeds krachtigere beeldspectrometers ontwikkeld. Een van deze instrumenten is AVIRIS-NG (kort voor Airborne Visible/InfraRed Imaging Spectrometer-Next Generation), dat door JPL is gebouwd om op vliegtuigen te vliegen. In 2022 werd het gebruikt in een grote ecologische veldcampagne om vegetatie in het Jack en Laura Dangermond Preserve en het Sedgwick Reserve, beide in Santa Barbara County, in kaart te brengen. Onder de geobserveerde planten bevonden zich twee inheemse struiksoorten – Coreopsis gigantea en Artemisia californica – van februari tot juni.

De wetenschappers hebben een methode ontwikkeld om de spectrale vingerafdruk van de bloemen te scheiden van andere landschapskenmerken die hun afbeeldingspixels drukten. In feite konden ze 97% van de subtiele spectrale verschillen tussen bloemen, bladeren en achtergrondbedekking (grond en schaduwen) vastleggen en verschillende bloeifases met 80% zekerheid identificeren.

De resultaten openen de deur naar meer lucht- en ruimte-gebaseerde studies van bloeiende planten, die ongeveer 90% van alle plantensoorten op land vertegenwoordigen. Een van de uiteindelijke doelen, zei Angel, zou zijn om boeren en beheerders van natuurlijke hulpbronnen te ondersteunen die afhankelijk zijn van deze soorten, samen met insecten en andere bestuivers in hun omgeving. Fruit, noten, veel medicijnen en katoen zijn enkele van de producten die afkomstig zijn van bloeiende planten.

Angel werkt met nieuwe gegevens verzameld door AVIRIS’s zuster-spectrometer die in een baan rond het Internationale Ruimtestation draait. Deze spectrometer, genaamd EMIT (Earth Surface Mineral Dust Source Investigation), is ontworpen om mineralen in de droge gebieden van de aarde in kaart te brengen. Het combineren van de gegevens met andere milieumetingen kan wetenschappers helpen om superbloei, een fenomeen waarbij uitgestrekte stukken woestijnbloemen bloeien na zware regenval, te bestuderen.

“Een van de geneugten van het onderzoeken van bloemen,” zei Angel, “is de enthousiasme van burgerwetenschappers.” “Ik heb sociale media meldingen op mijn telefoon,” voegde ze toe, daarbij opmerkte hoe ze op de hoogte blijft van de activiteit van wilde bloemen over de hele wereld.

Een lucht- en veldonderzoeksinspanningen, SHIFT werd gezamenlijk geleid door de Nature Conservancy, de Universiteit van Californië, Santa Barbara, en JPL. Caltech, in Pasadena, beheert JPL voor NASA.