I en värld med stigande halter av atmosfärisk koldioxid, växter ska vara glada, höger? Experiment har visat att ja, ökad koldioxid gör att växter kan fotosyntetisera mer och använda mindre vatten.

Men den andra sidan av myntet är att varmare temperaturer driver växter att använda mer vatten och fotosyntetisera mindre. Så, vilken kraft, CO ₂ befruktning eller värmestress, vinner denna klimatdragkamp?

Svaret, Forskare från University of Utah skriver i en ny studie i Förfaranden från National Academy of Sciences , är att det beror på om skogar och träd kan anpassa sig till sin nya miljö. Studien, de säger, innehåller aspekter av ett träds fysiologi för att utforska hur träd och skogar reagerar på ett förändrat klimat.

"Det tar fysiologin hos enskilda celler och skala upp det i en dator för att göra projektioner av en kontinents värde av skogar, "säger studieförfattaren William Anderegg.

Stammande vattenförlust

För att sätta scenen för denna dragkamp, Det är viktigt att förstå hur träd och växter använder vatten.

I ett träd, vatten dras upp från rötterna genom xylemet, trädets kärlsystem. Vattnet rör sig till bladen, där fotosyntesen sker. På bladens undersida, små porer som kallas stomata öppna för att tillåta CO ₂ för fotosyntes. Vattenånga kan komma ut genom stomatan, fastän, så stomata måste stängas för att skydda mot vattenförlust under torra eller varma tider.

Under en intensiv torka, träd måste arbeta hårdare för att dra vatten in i trädet och genom xylemet. Om jorden är tillräckligt torr, spänningen på vattnet får en luftbubbla att bildas i xylemet, effektivt minska vattentransporten och skada eller döda trädet. Det liknar en hjärtattack.

En fysiologisk modell

John Sperry från U's School of Biological Sciences tillbringade årtionden med att studera fysiologin för trädvattenanvändning, och har under de senaste åren fått sällskap av Anderegg och postdoktor Martin Venturas, tillsammans med andra kollegor. Tillsammans, de har utvecklat en modell för hur trädens fysiologiska egenskaper, främst regleringen av stomatalöppning, påverkar fotosyntes och vattenförlust som svar på en förändrad miljö, inklusive torka.

Den här modellen, Sperry säger, har nu möjliggjort ett nytt sätt att förutsäga resultatet av klimatkampen, kvantifiera de konkurrerande effekterna av CO ₂ befruktning och värmestress för att hitta balanspunkten.

Men det har också möjliggjort ytterligare ett framsteg i förståelsen:Anderegg säger att modellen tillåter dem att simulera trädens förmåga att vänja sig vid värme och torka - både vid korta tidsskalor, genom att stänga eller öppna stomata, eller på lång tid skalor, genom extra trädtillväxt eller skogsback. "Vi antar att växterna är anpassade för att vara något smarta när det gäller att reagera på klimatet och miljön, "Säger Anderegg.

Viss acklimatisering sågs i tidigare experiment där träd badades i CO ₂ -berikad luft, Venturas tillägger, och ses också i skogar som liknar varandra men ligger i lite olika klimat.

"Våra nuvarande modeller gör inte fysiologi eller acklimatisering, "Säger Anderegg." De har en enorm betydelse för skogens framtid. Vi kom på sätt att införliva dem. "

Det handlar om förhållandet

Modellresultaten, Sperry säger, föreslå att vinnaren av dragkampen inte är beroende av den absoluta mängden CO ₂ höjning eller uppvärmning - bara förhållandet mellan de två.

"Så du kan få samma skog att röra sig över stora lutningar i klimatförändringen om det förhållandet är i den neutrala punkten, "Sperry säger." Men allt som driver det förhållandet till den värmande sidan kommer att ha potential för allvarliga negativa effekter. "

Om skogar inte kan acklimatisera sig, forskarna skriver, då måste förhållandet vara över 89 delar per miljon CO ₂ per grad C av uppvärmning för att undvika betydande påfrestningar och trädstörning. Endast 55% av klimatprognoserna visar att detta scenario inträffar. Men om skogar kan acklimatisera sig, då tål de ett lägre förhållande:67 delar per miljon CO ₂ per grad av uppvärmning, vilket förekommer i 71% av prognoserna.

Andra tippfaktorer

Men även med acklimatisering, andra faktorer kan tippa balansen mot skogskatastrof. Modellen tar inte hänsyn till skogsbränder eller insektsangrepp, Venturas säger, bara trädens fysiologi - även om stressade skogar är mer mottagliga för både bränder och insekter.

"Det förbättrar en pusselbit, men vi måste fortfarande lära oss mycket om de andra bitarna och hur de är integrerade, " han säger.

Forskarna skriver också att exceptionellt torra år också kan tippa balansen. "I de fallen om vi faller under en markfuktighetströskel, vi kan låta hela skogen dö, "Säger Venturas. Dödligheten kan hända relativt plötsligt." Du ser detta i din blomkruka hemma om du glömmer att vattna, "Sperry säger." Det kommer att se bra ut till en viss punkt, men då når du fukttröskeln och om några dagar kan växten dö. Om du inte får regn under den perioden, systemet går in i en cykel där jorden torkar ut för snabbt och skickar träden till kärlfel. "

Sperry tillägger att studien förutspår en osäker klimatförhållanden för framtida skogar att navigera i. "Studien ger ingalunda grönt ljus till status quo."