Što uzrokuje starenje lišća i zašto ga drveće ranije gubi?
Klimatske promjene mogle bi dovesti do toga da drveće počne gubiti lišće ranije tijekom godine, a ne kasnije u jesen kako se općenito očekivalo
Istraživači Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich) identificirali su mehanizam samoregulacije u europskim listopadnim stablima koji ograničava duljinu njihove vegetacijske sezone pa stabla koja više fotosintetiziraju u proljeće i ljeto ranije gube lišće.
Lišće listopadnog drveća požute ili pocrvene neposredno prije pada, signalizirajući da je došla jesen. Ovaj proces, koji se naziva starenje lišća (senescencija), omogućuje stablima da se pripreme za nadolazeću zimu zaustavljanjem rasta i izvlačenjem hranjivih tvari iz lišća. U fenološkom ciklusu drveća, starenje lišća označava kraj produktivnog razdoblja tijekom kojeg ono apsorbira CO2 putem fotosinteze.
Globalno zatopljenje rezultiralo je duljim vegetacijskim razdobljima posljednjih godina, pri čemu se proljetno nicanje lišća na europskom drveću događa otprilike dva tjedna ranije nego prije stotinu godina, a jesensko starenje otprilike šest dana kasnije. Stoga se općenito očekivalo da će starenje lišća u sve toplijoj klimi nastupiti kasnije, povećavajući tako količinu CO2 koju biljke apsorbiraju pod utjecajem klimatskih promjena. Međutim, istraživači Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich) došli su do suprotnog zaključka.
U svojoj studiji objavljenoj u časopisu Science krajem 2020. godine, istraživači Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju demonstrirali su samoregulirajući mehanizam drveća koji ograničava njihovo produktivno razdoblje. Povećana fotosinteza u proljeće i ljeto tako dovodi do ranijeg starenja, što može rezultirati ranijim opadanjem lišća.
Ograničenje apsorpcije CO2 kao pokretač starenja lišća
„Točne prognoze sezone rasta drveća ranije su bile teške, budući da pokretači starenja lišća nisu bili dobro shvaćeni“, kazao je biolog dr. sc. Constantin Zohner, voditelj studije i viši znanstvenik u Crowther Labu ETH Zürich. „Do sada su znanstvenici uglavnom pretpostavljali da su, nakon završetka ljeta, jesenski pad temperature i kraći dani glavni uzroci koji određuju vrijeme starenja lišća. Neka su istraživanja dodatno pokazala da nicanje lišća u proljeće utječe na odumiranje lišća u jesen, ali budući da je važnost tih mehanizama ostala nejasna, fenološki modeli su u najboljem slučaju samo djelomično mogli uzeti u obzir takve učinke“, dodao je Zohner.
Zohner je sumnjao da se veza između proljetne i jesenske fenologije može objasniti fotosintetskom aktivnošću – ili točnije, fenomenom ograničenja ponora ugljika. Prema ovoj hipotezi, oskudni hranjivi sastojci tla poput dušika, između ostalog, ograničavaju količinu CO2 koju biljka može apsorbirati tijekom sezone. Što stabla više CO2 apsorbiraju u proljeće i ljeto, to bi ranije trebalo početi starenje lišća.
Ova uloga fotosinteze u kontroli starenja lišća odavno je poznata, ali nikad nije testirana na drveću. Upravo je to motiviralo istraživače ETH Zürich na istraživanje pokretača jesenske fenologije i to kombiniranim pristupom promatranja na terenu, laboratorijskih testova i modeliranja.
Snažan učinak fotosinteze
Istraživanje se temeljilo na dugoročnim promatranjima šest europskih listopadnih vrsta drveća tijekom posljednjih šest desetljeća, a koristeći ove podatke, Zohnerov tim testirao je relativni utjecaj različitih čimbenika na vrijeme jesenskog starenja, uključujući nicanje lišća u proljeće, sezonsku fotosintezu, koncentraciju CO2, temperaturu i oborine. Osim toga, istraživači su također izveli niz eksperimenata s mladicama u klimatskim komorama i na otvorenom. To im je omogućilo da izoliraju učinke temperature, dnevne svjetlosti i sadržaja CO2 koji pokreću korelaciju između fotosinteze i starenja lišća.
Dugotrajna promatranja otkrila su snažan učinak fotosinteze. U godinama s povećanom fotosintezom u proljeće i ljeto, starenje lišća počelo je ranije, pri čemu je svakih deset posto povećanja fotosintetske aktivnosti ubrzavalo starenje lišća za osam dana. Eksperimenti su potvrdili ove nalaze.
Novi model za jesensko starenje lišća
„Naše analize sugeriraju da su sezonska fotosinteza, jesenske temperature i duljina dana ključni pokretači starenja lišća“, kazala je glavna autorica studije Deborah Zani. „Čini se da nekoliko drugih čimbenika, kao što su atmosferske koncentracije CO2, ljetne temperature, razine svjetlosti i oborina, također utječu na starenje, ali samo neizravno utječući na fotosintezu.“
Toplije jeseni bi pod utjecajem klimatskih promjena stoga trebale odgoditi starenje. Taj se učinak, međutim, poništava povećanjem fotosinteze u proljeće i ljeto kroz porast koncentracije CO2, toplija ljetna razdoblja i ranije nicanje lišća.
Zani i Zohner razvili su novi model jesenskog starenja lišća koji uzima u obzir sve čimbenike prema njihovoj relevantnoj težini. Ovaj je model istraživačima omogućio predviđanje vremena jesenskog starenja u posljednjih šest desetljeća s do 42 posto većom točnošću u usporedbi s prethodnim modelima.
Istraživači su zatim ovaj model upotrijebili za stvaranje ažuriranih prognoza vremena starenja lišća tijekom ostatka stoljeća, a rezultati su bili prilično neočekivani jer se općenito očekivalo da će se do kraja stoljeća starenje dogoditi dva do tri tjedna kasnije. „Naš novi model sugerira suprotno: ako se fotosinteza nastavi povećavati, lišće će starjeti tri do šest dana ranije nego danas što znači da će se sezona rasta do kraja stoljeća produžiti za samo osam do 12 dana ili oko dva do tri puta manje nego što smo ranije mislili“, kazala je Zani.
Utjecaj na apsorpciju CO2
U svojoj studiji istraživači su koristili podatke iz Paneuropskog fenološkog projekta, procjenjujući ukupno 434 000 fenoloških opažanja na 3 800 lokacija u srednjoj Europi između 1948. i 2015. godine Proučavano je šest reprezentativnih vrsta: europski divlji kesten, srebrna breza, europska bukva , europski ariš, engleski hrast i planinski jasen.
Autori svoju studiju vide kao dokaz da šume umjerenog pojasa imaju ograničenu sposobnost apsorpcije CO2 i kažu da će se sezonska apsorpcija CO2 s porastom temperatura vjerojatno povećati u manjoj mjeri nego što su predviđali stariji modeli.
Stjepan Felber | Ekovjesnik