Деревья Амазонии раскрывают сложные стратегии управления интенсивным светом и жарой
Исследование, опубликованное в New Phytologist, показало, как деревья в кронах тропических лесов Амазонии справляются с интенсивным солнечным светом. Работа, проведённая учёными из Университета штата Мичиган, демонстрирует устойчивость к жарким и сухим условиям в пологе леса и предлагает способ улучшить мониторинг его здоровья в условиях учащающихся экстремальных явлений.
Докторант Леонардо Зиккарди и профессор Скотт Старк выяснили, что тропические деревья действуют как гигантские солнечные антенны, поглощая огромное количество световой энергии. Когда дерево поглощает больше энергии, чем может использовать для фотосинтеза, избыток должен быть безопасно рассеян — в виде тепла или переизлучённого света (процесс хлорофилльной флуоресценции).
С 2019 года исследователи провели несколько полевых кампаний в центральной Амазонии, измеряя судьбу поглощённых фотонов в тысячах листьев разных видов, на разной высоте и при разном освещении. Для измерений использовался портативный прибор MultispeQ, который позволил зафиксировать, как листья в естественных условиях балансируют между фотосинтезом и рассеиванием избыточной энергии.
Исследование даёт первое детальное представление о том, как полог Амазонии справляется с сезонными экстремумами. Поскольку изменение климата и вырубка лесов приводят к более жарким и сухим условиям, понимание управления световой энергией критически важно для прогнозирования будущего лесов.
Несмотря на интенсивный свет и сухость воздуха, многие листья в пологе сохраняли способность к фотосинтезу, но только за счёт увеличения доли энергии, идущей на пути её рассеивания. Впервые в Амазонии было выявлено трёхфазное реагирование листьев на рост освещённости и засуху:
- При низком и умеренном свете фотосинтез и флуоресценция сбалансированы.
- При усилении света и стресса этот баланс нарушается: защитные механизмы рассеивания тепла перегружаются, фотосинтез падает.
- Флуоресценция может резко возрастать, сигнализируя о потенциальном повреждении фотосинтетического аппарата.
Это открытие имеет ключевое значение для учёных, использующих спутниковые наблюдения за солнечно-индуцированной флуоресценцией (SIF) для мониторинга здоровья лесов Амазонии. Хотя SIF часто используется как индикатор фотосинтеза, данное исследование показывает, что при высоком уровне света и стрессе эта связь нарушается. Листья могут флуоресцировать сильнее даже при снижении фотосинтеза, что потенциально ведёт к завышению оценок продуктивности экосистемы во время засух.