Forskare under ledning av Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego har fastställt att stora förändringar i växternas beteende har inträffat under de senaste 40 åren, med hjälp av mätningar av subtila förändringar i koldioxiden (CO ₂ ) som för närvarande finns i atmosfären.

De två huvudisotoperna, eller atomformer, av kol är kol-12 ( ¹² C) och kol-13 ( ¹³ C). Eftersom CO2 har stigit sedan slutet av 19 ^th århundrade, förhållandet mellan ¹³ C till ¹² C i atmosfärisk CO ₂ har minskat. Det beror delvis på att CO ₂ produceras genom förbränning av fossila bränslen har en låg ¹³ C/ ¹² C-förhållande. Det finns andra faktorer i naturen också, dock, som har påverkat graden av minskning av isotopkvoten. Den uppmätta minskningshastigheten i isotopkvoten visar sig vara annorlunda än vad forskarna tidigare förväntat sig.

Det Scripps-ledda teamet uppdaterade rekordet för CO ₂ isotopförhållanden som har gjorts på Scripps sedan 1978 med hjälp av luftprover som samlats in på Hawaiis Mauna Loa och Sydpolen. Forskarna bekräftade att diskrepansen existerar och ansåg flera orsaker till det. De drog slutsatsen att ingen kombination av faktorer på ett rimligt sätt kunde förklara förändringarna i CO ₂ isotopkvot om inte växternas beteende förändrades på ett sätt som påverkar hur mycket vatten växter behöver för att växa.

Arbetet hjälper till att förstå detaljerna om hur löv reagerar på förändringar i CO ₂ . Före denna studie, Det var redan klart att växter beter sig annorlunda när de utsätts för högre atmosfärisk CO ₂ nivåer eftersom CO ₂ påverkar stomatas beteende, de mikroskopiska hålen i blad som gör att ett blad kan ta upp CO2. Dessa hål tillåter också vatten att avdunsta från bladet, som måste fyllas på med vatten som tillförs rötterna för att undvika uttorkning. Med mer CO ₂ i atmosfären, en växt har råd att ha mindre eller färre stomata, vilket möjliggör mer fotosyntes för samma mängd vatten.

Men att mäta exakt hur mycket effektivare växter har blivit på att använda vatten har inte varit lätt. Denna studie ger en ny metod för att mäta denna effekt, eftersom ett löv blir mer effektivt att använda vatten, detta påverkar också hur det tar upp de olika kolisotoperna i CO ₂ . När den faktorn ingår som en variabel, förhållandet mellan de två formerna av CO ₂ överensstämmer mycket mer med förväntningarna. National Science Foundation, energidepartementet, NASA, och Eric och Wendy Schmidt Fund for Strategic Innovation stödde studien, "Atmosfäriska bevis för en global sekulär ökning av kolisotopisk diskriminering av landfotosyntes, " som visas i 11 september-upplagan av tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskningen stöder en långvarig hypotes som introducerats av växtbiologer, att växter kommer att uppnå ett optimalt svar på stigande CO ₂ nivåer i atmosfären.

"Denna optimala modell förutspår nästan proportionell skalning mellan vattenanvändningseffektivitet och CO ₂ sig, " sa studiens huvudförfattare och Scripps-forskaren Ralph Keeling, som också underhåller den internationellt kända Keeling Curve-datauppsättningen som mäter atmosfärisk CO ₂ sedan 1958. "Optimalt eller nästan optimalt beteende har hittats i mindre studier på enskilda växter, men detta papper är det första som visar att det kan vara uppenbart i hela planetens skala."

Ökningen av effektiviteten av fotosyntes som dokumenterats i denna studie har sannolikt hjälpt växter att kompensera en del av mänskligt inducerade klimatförändringar genom att ta bort mer CO2 från atmosfären än de skulle ha gjort annars.

"De fullständiga konsekvenserna är fortfarande långt ifrån klara, dock, och eventuella fördelar kan mer än uppvägas av andra negativa förändringar, värmeböljor och extremt väder, förlust av biologisk mångfald, höjning av havsnivån, och så vidare, sa Keeling.