Ученые обнаружили, что на нагревающейся планете такие растения, как дубы и тополя, будут выделять больше соединений, усугубляющих плохое качество воздуха, способствуя образованию проблемных твердых частиц и низкому уровню озона в атмосфере.
По мнению команды заслуженного профессора Института устойчивости растений Мичиганского государственного университета (МГУ) Тома Шарки, проблема в том, что то же самое соединение, называемое изопреном, может также улучшить качество чистого воздуха, делая растения более устойчивыми к стрессовым факторам, включая насекомых и высокие температуры.
«Хотим ли мы, чтобы растения производили больше изопрена, чтобы они были более устойчивыми, или мы хотим, чтобы они производили меньше, чтобы это не ухудшало загрязнение воздуха? Каков правильный баланс?» — спросил Шарки. «Это действительно фундаментальные вопросы, лежащие в основе этой работы. Чем больше мы понимаем, тем эффективнее мы сможем на них ответить».
В центре внимания изопрен
Шарки изучал изопрен и способы его производства растениями с 1970-х годов, когда он был докторантом в штате Мичиган.
Изопрен из растений является вторым по величине выбросом углеводорода на Земле после выбросов метана в результате деятельности человека. Однако большинство людей никогда об этом не слышали, сказал Шарки.
«Это долгое время оставалось за кулисами, но это невероятно важно», — сказал он.
Небольшую известность оно приобрело в 1980-х годах, когда тогдашний президент Рональд Рейган ложно заявил, что деревья загрязняют воздух больше, чем автомобили. И все же в этом утверждении была доля истины.
Изопрен взаимодействует с соединениями оксидов азота, содержащимися в загрязнениях воздуха, производимых угольными электростанциями и двигателями внутреннего сгорания в транспортных средствах. Эти реакции создают озон, аэрозоли и другие побочные продукты, вредные как для людей, так и для растений.
«Существует интересный феномен, когда воздух движется по городскому ландшафту, собирая оксиды азота, а затем движется над лесом, чтобы дать вам этот токсичный напиток», — сказал Шарки. «Качество воздуха с подветренной стороны города часто хуже, чем качество воздуха в самом городе».
Теперь, при поддержке Национального научного фонда, Шарки и его команда работают над тем, чтобы лучше понять биомолекулярные процессы, которые растения используют для производства изопрена. Исследователей особенно интересует, как на эти процессы влияет окружающая среда, особенно в условиях изменения климата.
До новой публикации команды исследователи поняли, что некоторые растения производят изопрен в процессе фотосинтеза. Они также знали, что изменения, с которыми сталкивается планета, оказывают конкурирующее влияние на производство изопрена.
То есть увеличение содержания углекислого газа в атмосфере снижает скорость, а повышение температуры ускоряет эту скорость. По сути, один из вопросов, стоящих за новой публикацией команды МГУ, заключался в том, какой из этих эффектов победит.
«Мы искали точку регуляции в пути биосинтеза изопрена в условиях высокого содержания углекислого газа», — сказал Абира Саху, ведущий автор нового отчета и научный сотрудник исследовательской группы Шарки.
«Ученые пытались найти это в течение долгого времени», — сказал Саху. «И, наконец, у нас есть ответ».
«Для биологов суть статьи заключается в том, что мы определили конкретную реакцию, замедляемую углекислым газом, CO2», — сказал Шарки.
«При этом мы можем сказать, что температурный эффект превосходит эффект CO2. К тому времени, когда вы достигаете температуры 95 градусов по Фаренгейту — 35 градусов по Цельсию — подавления выбросов CO2 практически не происходит. Изопрен выливается как сумасшедший», — добавил он.
В своих экспериментах, в которых использовались растения тополя, команда также обнаружила, что когда лист подвергается потеплению на 10 градусов по Цельсию, его выброс изопрена увеличивается более чем в десять раз.
Это открытие поможет исследователям лучше предвидеть, сколько изопрена будут выделять заводы в будущем, и лучше подготовиться к последствиям этого. Но исследователи также надеются, что это может помочь людям и сообществам сделать правильный выбор.
В таком месте, как МГУ, где растет более 20 000 деревьев , это может означать, что в будущем нужно будет сажать меньше дубов, чтобы ограничить выбросы изопрена.
Что касается того, что мы делаем с деревьями, уже выделяющими изопрен, у Шарки есть идея, которая не предполагает их вырубку.
«Мое предложение состоит в том, что нам следует лучше контролировать загрязнение оксидами азота», — сказал Шарки.