Klimatická zmena, primárne poháňaná rastúcimi emisiami oxidu uhličitého (CO₂), predstavuje jednu z najväčších výziev súčasnosti. Vedci dlho predpokladali, že s otepľovaním klímy budú rastliny a stromy nevyhnutne zvyšovať množstvo CO₂, ktoré uvoľňujú do atmosféry prostredníctvom procesu nazývaného respirácia. Toto zvýšené uvoľňovanie by následne viedlo k ešte väčšiemu otepľovaniu, čím by sa vytvorila pozitívna spätná väzba. Nový výskum však naznačuje, že táto predpoveď nemusí byť až taká dramatická, ako sa predtým myslelo.

Štúdia medzinárodného výskumného tímu, publikovaná v časopise Science, prináša zistenie, že množstvo CO₂ uvoľňované dýchajúcimi kmeňmi stromov za podmienok otepľujúcej sa klímy by mohlo byť podstatne menšie, než sa v súčasnosti predpovedá. To znamená, že emisie uhlíka v teplejšom budúcom podnebí sa nezvýšia tak prudko, ako sa doteraz predpokladalo.

Kľúčom k tomuto zisteniu je termická aklimácia rastlín – spôsob, akým rastliny reagujú na zmeny teploty. Výskum odhalil dôležitý rozdiel medzi krátkodobými a dlhodobými teplotnými reakciami respirácie stromov. Krátkodobé zmeny, merané v sekundách, minútach a hodinách, sú rýchle a predvídateľné na základe enzymatických procesov v rastlinných tkanivách. Väčšina doterajších globálnych ekosystémových modelov predpokladala, že toto krátkodobé správanie platí aj pre dlhšie časové obdobia, čo však nie je pravda.

Dlhodobé zmeny respiračných rýchlostí, merané v mesiacoch, rokoch a desaťročiach, sa správajú odlišne. Nové poznatky ukazujú, že termická aklimácia v dlhodobom horizonte tlmí pozitívne spätné väzby medzi otepľovaním klímy a emisiami uhlíka z rastlín. To znamená, že stromy sa dokážu v priebehu času prispôsobiť teplejším podmienkam tak, že ich dýchacie procesy neakcelerujú tak silno, ako by sa dalo očakávať len na základe krátkodobých reakcií.

Výskum sa opiera o rozsiahly globálny súbor údajov o respirácii dreva, ktorý zahŕňa tisíce meraní na stovkách druhov zo všetkých hlavných klimatických zón sveta. Tieto údaje pochádzajú z existujúcich databáz, publikácií a od spoluautorov štúdie. Súbor údajov Global Stem Respiration Dataset (GSRD) po preverení zahŕňal merania zo 68 terénnych pracovísk a 187 druhov, s celkovým počtom 4627 pozorovaní pre globálnu priestorovú analýzu. Tieto rozsiahle údaje poskytli vedcom dostatočné informácie na testovanie nových teórií a potvrdenie, že predchádzajúce modely mohli nadhodnocovať kmeňovú respiráciu stromov.

Zistenia tejto štúdie majú významné dôsledky pre to, ako vedci predpovedajú globálne toky uhlíka v budúcom podnebí. Naznačujú, že ekosystémy na celom svete budú do určitej miery spomaľovať trendy zvyšovania atmosférického CO₂. To je dôležitá informácia v kontexte predpovedí budúceho podnebia, ktoré očakávajú častejšie a intenzívnejšie extrémy, ako sú vlny horúčav, požiare a suchá.

Modele, ktoré nezohľadňujú alebo nesprávne zohľadňujú dlhodobú termickú aklimáciu kmeňovej respirácie, môžu predpovedať podstatne vyššie budúce emisie CO₂ zo stromov. Porovnanie s jedným takýmto modelom (CLM5) ukázalo, že ten predpovedal uvoľnenie približne o 4,9 až 11,9 PgC (petagramov uhlíka) dodatočného CO₂ do roku 2100 v porovnaní so simuláciami, ktoré zohľadňujú zistenia novej štúdie.

Celkovo tento výskum posilňuje pochopenie vedcov o tom, ako rastliny reagujú na zmeny teploty a poskytuje dôležité poznatky pre spresnenie predpovedí množstva a pohybu CO₂ v našich ekosystémoch v dôsledku otepľujúcej sa klímy. Predstavuje novú informáciu o tom, ako sa produkcia CO₂ rastlinami mení v dlhodobom horizonte v závislosti od podmienok prostredia. JaroR

Štúdia publikovaná v časopise Science

Slovník kľúčových pojmov

• Allometrické funkcie: Matematické rovnice popisujúce vzťahy medzi mierami tela, ako napríklad priemer kmeňa a oblasť sapwoodu, používané na prepočet medzi rôznymi jednotkami.
• CRU TS: Súbor grídovaných údajov o klíme s vysokým rozlíšením používaný na extrakciu teplotných údajov pre rôzne lokality v štúdii.
• DURC (Dual Use Research of Concern): Výskum, ktorý by potenciálne mohol byť zneužitý na škodlivé účely. Spomína sa v kontrolnom zozname reprodukovateľnosti ako bod na posúdenie.
• EIV (Errors-in-Variables) regresia: Štatistická metóda používaná na analýzu vzťahov, keď sú obidve premenné merané s chybou.
• Embolizmus: Tvorba vzduchových bublín v xyléme stromov, ktoré môžu narušiť transport vody.
• FPAR (Fraction of Photosynthetically Active Radiation): Frakcia dopadajúceho slnečného žiarenia, ktorú rastliny využívajú na fotosyntézu.
• GPP (Gross Primary Production): Celkové množstvo uhlíka fixovaného rastlinami prostredníctvom fotosyntézy.
• GSRD (Global Stem Respiration Dataset): Kompilovaný súbor meraní respirácie kmeňa z rôznych lokalít a druhov, používaný ako primárny zdroj údajov.
• Growing season (Vegetačné obdobie): Obdobie roka, kedy sú environmentálne podmienky (napr. teplota nad 5°C) vhodné pre rast stromov.
• LAI (Leaf Area Index): Celková plocha listov na jednotku plochy pôdy, indikátor hustoty vegetácie.
• LMM (Linear Mixed Models): Štatistická metóda používaná na analýzu údajov, ktorá umožňuje zahrnúť fixné aj náhodné efekty.
• MDAR (Materials, Design, Analysis, Reporting): Rámec a kontrolný zoznam pre zabezpečenie reprodukovateľnosti a transparentnosti vedeckého výskumu.
• Parenchým: Typ živých buniek v dreve (vrátane lúčových a axiálnych parenchýmových buniek), ktoré sa podieľajú na skladovaní, transporte a respirácii.
• PFT (Plant Functional Type): Kategorizácia rastlín na základe spoločných znakov týkajúcich sa životného cyklu, listov a štruktúry (napr. vždyzelené širokolisté stromy).
• PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density): Hustota toku fotónov v rozsahu fotosynteticky aktívneho žiarenia.
• Q₁₀: Koeficient termálnej citlivosti, ktorý udáva faktor zvýšenia rýchlosti procesu pri zvýšení teploty o 10°C.
• Ra (Autotrophic respiration): Celková respirácia rastliny (vrátane listov, kmeňov a koreňov).
• rs (Respiration rate): Rýchlosť, akou je CO₂ uvoľňovaný z kmeňa.
• rs.gt: Rýchlosť respirácie kmeňa štandardizovaná na rastovú teplotu (Tg).
• rs25: Rýchlosť respirácie kmeňa štandardizovaná na referenčnú teplotu 25°C.
• Sap flow: Tok vody cez xylém v kmeni stromu, poháňaný transpiráciou z listov.
• Sapwood (Beľové drevo): Fyziologicky aktívna časť dreva, ktorá sa podieľa na transporte vody a živín a obsahuje živé dýchajúce bunky.
• SPLASH model: Model používaný na simuláciu hydroklimatických premenných, ako je skutočná a potenciálna evapotranspirácia.
• Stem respiration: Proces uvoľňovania CO₂ z kmeňa stromu.
• Tg (Growth temperature): Priemerná teplota počas vegetačného obdobia s teplotami nad 5°C.
• Thermal acclimation (Termálne prispôsobenie): Schopnosť organizmu prispôsobiť svoju tepelnú citlivosť na zmenené teplotné podmienky v priebehu času.
• Transpirácia: Proces uvoľňovania vodnej pary z rastlín do atmosféry, predovšetkým cez stomaty.
• TRENDY models: Globálne biogeochemické modely používané na simuláciu tokov uhlíka a iných procesov v terestriálnej biosfére.
• TRY database: Globálna databáza rastlinných znakov.
• Up-scaling: Proces extrapolácie meraní z menšej škály (napr. individuálny strom) na väčšiu škálu (napr. globálna úroveň).
• VPD (Vapor Pressure Deficit): Rozdiel medzi tlakom nasýtenej vodnej pary a skutočným tlakom vodnej pary, indikátor suchosti vzduchu.
• Wood density: Suchá hmotnosť dreva na jednotku objemu, dôležitý znak pre odhad biomasy a uhlíkového obsahu.
• Xylém: Tkanivo v rastlinách zodpovedné za transport vody a živín z koreňov do listov a za mechanickú oporu.