Исследование, опубликованное в журнале Global Change Biology, дает представление о долгосрочных последствиях роста выбросов CO2 и его последствиях для глобальной продовольственной безопасности и сохранения природы.Ведущий автор, профессор Гейл Тейлор из биологических наук в Университете Саутгемптона, сказала: «Уровень CO2 в атмосфере растет — выбросы росли быстрее в 2000-х годах, чем в 1990-х годах, а концентрация CO2 впервые в истории человечества достигла 400 ppm в 2013 году. .«С одной стороны, известно, что большее количество CO2 полезно для растений, по крайней мере, в краткосрочной перспективе, потому что это стимулирует фотосинтез и рост растений, включая рост урожая и производство продуктов питания.
Действительно, в последние десятилетия планета стала более зеленой по мере роста растительности. стимулируется при повышении CO2.«До сих пор немногие отчеты давали нам какое-либо представление о долгосрочных последствиях роста выбросов CO2 для нескольких поколений, и ни один из них не был проведен в отношении молекулярной сигнатуры, лежащей в основе такой адаптации. Одна из причин этого заключается в том, что эту проблему трудно решить — найти растения, которые были подвержены условиям будущего, но доступны сегодня ».Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали уникальный ресурс — естественные источники с высоким содержанием CO2, в которых растения подвергались большему воздействию CO2 на протяжении многих сотен лет и нескольких поколений растений.
Взяв растения подорожника lanceolata из «весеннего» участка в Босолето, Италия, и сравнив молекулярную сигнатуру с теми же растениями из соседнего «контрольного» участка (при сегодняшнем уровне CO2), были обнаружены поразительные различия в общей экспрессии генов (процесс, с помощью которого конкретные гены активируются для производства необходимого белка).Профессор Тейлор сказал: «Исследование показывает, что когда мы берем растения из этих двух мест, которые представляют атмосферу сегодняшнего дня с атмосферой будущего (до 2100 года), и помещаем их вместе в одной среде, растения с весенних участков были больше. и имели лучшую скорость фотосинтеза.Самое главное, растения из весенних участков имели различия в экспрессии сотен генов.
«В частности, мы прогнозируем на основе этих данных по экспрессии генов, что планетарное озеленение будет продолжаться — оно не отключится и не станет акклиматизироваться, поскольку CO2 продолжает расти, но часть дополнительного углерода в будущих растениях, вероятно, пойдет на вторичные химические вещества для защита растений. Это связано с большей экспрессией генов, лежащих в основе дыхания растений ».Одним из наиболее интересных открытий было то, что количество устьичных пор на поверхности листа (небольших отверстий, контролирующих поглощение CO2 для фотосинтеза и потерю водяного пара) увеличивается после многократного воздействия CO2 в будущем. Команда предсказала, что количество пор будет уменьшаться в соответствии с прошлыми исследованиями в геологических масштабах времени с использованием ископаемых растений.
Профессор Тейлор добавил: «Это противоречивое открытие, но оно настоятельно предполагает увеличение числа устьичных пор, поскольку мы определили несколько ключевых регуляторов числа устьиц, которые чувствительны к будущему высокому уровню CO2. Одним из них является SCREAM (SCRM2), который является член семейства белков основной спираль-петля-спираль (bHLH), который регулирует переходы в развитии растений.
«Мы не понимаем в полной мере последствий этого изменения в развитии, но оно показывает, что растения будут непредсказуемым образом адаптироваться к будущему СО2 в течение нескольких поколений. Это насущный вопрос — нам нужно знать, как продовольственные культуры могут развиваться в ответ на будущие поколения. к изменяющемуся климату, будет ли продолжаться планетарное озеленение и его влияние на сохранение природы во всем мире ».