Cây phải vật lộn để thở khi khí hậu ấm hơn

Điều đó có nghĩa là chúng có thể không đảm trách được vai trò của mình lâu hơn – vai trò là giải pháp bù đắp vết carbon của con người khi hành tinh ngày một ấm hơn, theo một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu ĐH Penn thực hiện.

“Chúng tôi phát hiện ra là cây cối trong vùng khí hậu ấm hơn, khô hơn thì về cơ bản là ho thay vì thở như thông thường”, Max Lloyd, trợ lý giáo sư nghiên cứu khoa học địa lý tại Penn State và là tác giả chính của nghiên cứu mới được xuất bản trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences 1. “Chúng đang gửi CO2 trở lại bầu khí quyển nhiều hơn cây cối sống trong điều kiện lạnh hơn, ẩm ướt hơn”.

Thông thường, carbon dioxide và nước là những thành phần quan trọng của quang hợp; ánh sáng được cây sử dụng như một nguồn năng lượng giúp chúng tập hợp hydrogen, oxygen, và carbon thành carbohydrates (CH2O) và oxygen (O2). Thông qua quá trình quang hợp, cây cối loại bỏ CO2 khỏi bầu khí quyển để tạo ra tăng trưởng mới. Đúng vậy, trong những điều kiện căng thẳng, cây cối phát thải CO2 trở lại vào bầu khí quyển, một quá trình gọi là hô hấp sáng. Với một phân tích trên bộ dữ liệu toàn cầu về mô cây, nhóm nghiên cứu chứng minh tốc độ hô hấp sáng tăng lên hai lần trong điều kiện khí hậu ấm hơn, đặc biệt khi bị giới hạn nguồn nước.

Họ phát hiện ra ngưỡng phản hồi ở trong vùng khí hậu cận nhiệt đới bắt đầu bị vượt qua khi các mức nhiệt độ trung bình hằng ngày vượt quá mức 68 độ F và xấu hơn khi nhiệt độ gia tăng hơn nữa.

Các kết quả làm người ta phải suy nghĩ lại về một niềm tin phổ biến về vai trò của cây cối giúp lưu trữ – hoặc sử dụng – carbon từ bầu khí quyển, đem lại cái nhìn mới vào cách cây cối thích ứng với biến đổi khí hậu. Quan trọng hơn, các nhà nghiên cưu lưu ý là khi khí hậu trở nên ấm hơn, phát hiện của họ cho thấy cây cối sẽ ít có khả năng thu giữ CO2 từ bầu khí quyển và đồng hóa nhu cầu carbon để giúp hành tinh trở nên mát hơn.

“Chúng ta đã làm phá vỡ sự cân bằng của chu trình này”, Lloyd nói. “Cây cối và khí hậu có mối liên hệ vô cùng chặt chẽ. Việc hấp thụ CO2 từ bầu khí quyển của chúng ta là các sinh vật có khả năng quang hợp. Đó là thành phần lớn của khí quyển, vì vậy nó có nghĩa là những thay đổi nhỏ cũng sẽ có tác động lớn”.

Cây cối hiện nay hấp thụ khoảng 25% CO2 do các hoạt động của con người phát thải hằng năm, theo Bộ Năng lượng Mỹ nhưng tỉ lệ này có thể sẽ suy giảm trong tương lai khi khí hậu ấm lên, Lloyd giải thích, đặc biệt nếu nước bị thiếu hụt.

“Khi chúng ta nghĩ về tương lai khí hậu, chúng ta dự đoán là CO2 sẽ tăng lên, lý thuyết này tốt cho cây cối bởi có những phân tử của chúng cần hít thở”, Lloyd nói. “Nhưng chúng tôi đã chứng tỏ sẽ là một cuộc đánh đổi mà một số mô hình đang được sử dụng nhiều không tính được. Thế giới này sẽ trở nên ấm hơn có nghĩa là cây cối sẽ ít có khả năng hấp thụ CO2 nữa”.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra sự biến thiên trong rất nhiều đồng vị có nhiều trong gỗ gọi là nhóm methoxyl, vốn có chức năng như một cái bẫy của hô hấp quang trong cây cối. Anh có thể coi các đồng vị như những dạng khác nhau của các nguyên tử, Lloyd giải thích. Giống như anh có các dạng vanilla và chocolate khác nhau trong kem, các nguyên tử có thể có các đồng vị khác nhau với “hương” độc đáo của chúng tùy vào những độ biến thiên trong khối lượng của chúng.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu các mức độ khác nhau của “hương” methoxyl của đồng vị trong mẫu gỗ của 30 loài cây sống trong những điều kiện khí hậu, môi trường khác nhau trên thế giới để quan sát xác xu hướng hô hấp quang. Các loài từ kho lưu trữ ở ĐH California, Berkeley, với hàng trăm mẫu gỗ được thu thập từ những năm 1930 đến 1940.

“Cơ sở dữ liệu này nguyên thủy được sử dụng để huấn luyện cho những người thuộc ngành lâm nghiệp cách nhận diện cây ở những vùng khác nhau trên thế giới, vì vậy chúng tôi sử dụng nó để tái cấu trúc một cách cơ bản những khu rừng đó, qua đó xem cách chúng ứng xử với CO2 tốt như thế nào”, Lloyd nói.

Cho đến hiện tại thì các tốc độ hô hấp quang có thể chỉ được đo đạc theo thời gian thực bằng việc sử dụng các cây sống hoặc các loài đã chết nhưng được bảo quản tốt đủ giữ được cấu trúc carbohydrate, do đó gần như không thể nghiên cứu tỉ lệ này trên những cây hấp thụ carbon ở quy mô lớn hoặc cây trong quá khứ, Lloyd giải thích.

Hiện tại thì nhóm nghiên cứu đã đánh giá được một cách quan sát độ hô hấp quang bằng gỗ, anh nói phương pháp này có thể đem lại cho các nhà nghiên cứu một công cụ dự đoán cách cây cối có thể “thở” trong tương lai và cách chúng sinh sống trong quá khứ.

Lượng carbon dioxide trong khí quyển đang gia tăng nhanh chóng’ nó lớn hơn ở mọi thời điểm trong quá khứ 3,6 triệu năm, theo Cơ quan Quản lý Khí quyển và đại dương quốc gia Mỹ (NOOA). Nhưng trong khung thời gian địa chất thì đây vẫn là thời kỳ tương đối gần, Lloyd giải thích.

Nhóm nghiên cứu sẽ còn tiếp tục nghiên cứu để tìm hiểu các tốc độ hô hấp quang trong quá khứ xa hơn, khoảng 10 triệu năm, sử dụng gỗ hóa thạch. Các phương pháp này sẽ cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra một cách rõ ràng giả thuyết liên quan đến ảnh hưởng thay đổi của quá trình hô hấp quang thực vật lên khí hậu theo thời gian địa chất.

“Tôi là một nhà địa chất, tôi nghiên cứu về quá khứ”, Lloyd nói. “Vì cậy nếu chúng ta quan tâm đến những câu hỏi lớn về cách chu trình này hoạt động khi khí hậu vô cùng khác biệt so với ngày nay, chúng ta không thể sử dụng những cây sống. Chúng ta phải quay lại hàng triệu năm để hiểu tốt hơn về những gì trong tương lai của chúng ta có thể tương đồng”.

Những tác giả khác của bài báo là Rebekah A. Stein, Daniel A. Stolper, Daniel E. Ibarra và Todd E. Dawson của ĐH California, Berkeley; Richard S. Barclay và Scott L. Wing của Bảo tàng Lịch sử tự nhiên quốc gia Smithsonian và David W. Stahle của ĐH Arkansas.