تنش گرمایی در جنگل‌های سکویای کالیفرنیا و کاهش فتوسنتز

مقدمه: درختانی که با گرمای فزاینده دست‌وپنجه نرم می‌کنند

جنگل‌های سکویای ساحلی (Sequoia sempervirens) در کالیفرنیا از بزرگ‌ترین ذخایر کربن روی خشکی در کره زمین هستند. این درختان بلندقامت که بومی نواحی مرکزی و شمالی کالیفرنیا هستند، در طول میلیون‌ها سال با اقلیم معتدل و ملایم این منطقه سازگار شده‌اند. اما در دهه‌های اخیر، محدوده پراکنش آن‌ها به‌طور چشمگیری کوچک‌تر شده و تغییر اقلیم سلامت و کارکرد این جنگل‌ها را تهدید می‌کند. پژوهش تازه‌ای که در سپتامبر ۲۰۲۵ در نشریه JGR Biogeosciences منتشر شده، نشان می‌دهد که برگ‌های این درختان در روزهای گرم به‌شدت دچار تنش می‌شوند و فتوسنتز آن‌ها کاهش می‌یابد.

فتوسنتز و اهمیت آن برای ذخیره کربن

فتوسنتز فرایندی است که گیاهان، جلبک‌ها و برخی باکتری‌ها با استفاده از نور خورشید، دی‌اکسید کربن و آب را به قند و اکسیژن تبدیل می‌کنند. این فرایند نه‌تنها انرژی لازم برای رشد گیاه را فراهم می‌کند، بلکه کربن را از جو می‌گیرد و در بافت گیاهی ذخیره می‌سازد. جنگل‌های سکویا به دلیل زیست‌توده عظیم خود، مقدار بسیار زیادی کربن را در تنه و شاخه‌ها نگه می‌دارند و از این نظر نقش کلیدی در تنظیم اقلیم جهانی دارند. اگر فتوسنتز این درختان کاهش یابد، توانایی آن‌ها در جذب کربن نیز کم می‌شود و این امر می‌تواند بازخوردی منفی برای گرمایش جهانی ایجاد کند.

روش پژوهش: اندازه‌گیری فلورسانس برگ در جنگل

تیم پژوهشی به سرپرستی لیلی کلینک، دانشجوی دکتری در آزمایشگاه اپتیک گیاهی دانشگاه کالیفرنیا دیویس، از سال ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۴ در جنگل گارسیا ریور در شهرستان مندوسینو نمونه‌برداری کرد. آن‌ها هر یک یا دو ماه یک‌بار سه برگ از درختان سکویا را برداشته و فلورسانس و دمای آن‌ها را اندازه‌گیری کردند. فلورسانس روشی غیرمخرب برای برآورد فتوسنتز است، زیرا مولکول‌های گیاه نور جذب‌شده را به سه شکل مصرف می‌کنند: فتوسنتز، تلفات گرمایی یا بازتاب به صورت نور فلورسانس. پژوهشگران همچنین یک برگ چهارم را به مدت ۲۰ دقیقه در فویل آلومینیومی می‌پیچیدند تا به حالت استراحت برود، سپس با تاباندن پالس نوری با طول موج مناسب، حداکثر نرخ فتوسنتز آن را اندازه می‌گرفتند.

یافته اصلی: برگ‌های داغ‌تر از هوا

نتایج نشان داد که در روزهای گرم، برگ‌های در معرض نور خورشید تا ۱۰ درجه سلسیوس (۱۸ درجه فارنهایت) hotter از دمای هوا می‌شوند. این اختلاف بزرگ نشانه آن است که برگ‌ها به‌قدری تحت تنش قرار دارند که نمی‌توانند دمای خود را به‌درستی تنظیم کنند. گیاهان معمولاً با باز و بسته کردن روزنه‌های هوایی (stomata) که منافذ ریز سطح برگ هستند، تبادل گاز و آب را کنترل می‌کنند. روزنه‌ها ورود دی‌اکسید کربن و خروج اکسیژن و بخار آب را تنظیم می‌کنند. وقتی هوا گرم می‌شود، گیاه برای جلوگیری از هدر رفتن آب، روزنه‌ها را می‌بندد. بسته شدن روزنه‌ها جذب دی‌اکسید کربن را کاهش می‌دهد و در نتیجه فتوسنتز کم می‌شود. اما پژوهشگران دریافتند که برگ‌های سکویا در گرمای شدید حتی با وجود بسته بودن روزنه‌ها بیش از حد داغ می‌شوند و این خود نشانه ضعف در تنظیم دمای برگ است.

آزمایش مکمل: گرما مستقیماً فتوسنتز را محدود می‌کند

برای جدا کردن اثر بسته شدن روزنه‌ها از اثر مستقیم گرما، پژوهشگران نمونه‌های برگ را به آزمایشگاه بردند و آن‌ها را در آب قرار دادند تا آب کافی داشته باشند، سپس در دماهای مختلف اندازه‌گیری کردند. مشاهده شد که با وجود باز بودن روزنه‌ها و دسترسی به آب، هرچه دما بالاتر می‌رفت، فتوسنتز کاهش می‌یافت. این یافته نشان می‌دهد که گرما مستقیماً بر دستگاه فتوسنتزی اثر محدودکننده دارد و فقط از راه بسته شدن روزنه‌ها عمل نمی‌کند. به گفته لوسی رولند، بوم‌شناس دانشگاه اکستر که در این مطالعه مشارکت نداشته، این درختان در حال حاضر از اثرات مستقیم گرما بر سیستم فتوسنتزی خود رنج می‌برند.

پیامدها برای بقای جنگل‌های سکویا

این یافته پیامدهای جدی برای آینده سکویا و گیاهان مشابه دارد. با افزایش دما، توانایی این درختان در فتوسنتز و ذخیره کربن کاهش می‌یابد. نکته نگران‌کننده این است که آستانه‌ای که در آن این آسیب برگشت‌ناپذیر می‌شود، به‌خوبی شناخته نشده است. به گفته کلینک، پژوهش‌های آینده باید از سطح برگ فراتر رفته و تأثیر تنش گرمایی را در سطح درخت و کل بوم‌سازگان بررسی کند. پرسش کلیدی این است که آیا این پاسخ به گرما یک تنش موقت و برگشت‌پذیر است یا آسیب دائمی به درخت وارد می‌کند. برای پاسخ به این پرسش، به داده‌های بیشتر و بلندمدت نیاز است.

جمع‌بندی و چشم‌انداز

جنگل‌های سکویا نماد طبیعی کالیفرنیا و از مهم‌ترین ذخایر کربن زمین هستند. پژوهش جدید نشان می‌دهد که گرمایش جهانی می‌تواند به‌طور مستقیم کارایی فتوسنتز این درختان را کاهش دهد، حتی در شرایطی که آب کافی وجود دارد. این یافته اهمیت شناخت آستانه‌های تحمل گرمایی گیاهان را برجسته می‌کند و ضرورت پژوهش‌های بیشتر در مقیاس بوم‌سازگانی را نشان می‌دهد. اگر روند گرمایش ادامه یابد، ممکن است توان ذخیره کربن این جنگل‌ها کاهش یابد و این امر بر تعادل اقلیمی سیاره اثر بگذارد. درک دقیق این فرایندها برای پیش‌بینی سرنوشت جنگل‌ها و طراحی راهکارهای حفاظتی حیاتی است.