• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Drzewa są w stanie radzić sobie ze słabym naświetleniem, zwiększając pobór CO2

    18.11.2011. 17:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Jeżeli wydaje się wam, że słabe nasłonecznienie wprowadza zamęt w procesie fotosyntezy drzew, to powinniście zastanowić się na tym raz jeszcze. Wyniki nowych badań przeprowadzonych w Czechach pokazują, że drzewa posiadają zdolność adaptacji do różnych warunków naświetlenia i kiedy światło jest słabe, zwiększają pobór dwutlenku węgla na potrzeby fotosyntezy. Badania, których przedmiotem był wpływ pokrywy chmur na fotosyntezę, zaprezentowano w czasopiśmie Functional Ecology.

    Niezależnie od tego ile by się ich nie zebrało, chmury nie są w stanie przyćmić drzew zimozielonych w europejskich lasach. Inaczej sprawa wygląda na przykład w azjatyckich dżunglach, które są zwykle zacienione przez gęstą kopułę koron. Fotosynteza to sposób roślin na pobieranie dwutlenku węgla i wykorzystywanie energii słonecznej do wytwarzania tlenu. Światło słoneczne jest w tym procesie niezbędne. Energia słoneczna dociera na powierzchnię naszej planety bezpośrednio albo przez atmosferę, przechodząc przez niezliczone czynniki, jak np. warstwa chmur.

    "Pokrywa chmur oddziałuje bezpośrednio na ekosystemy, wpływając na temperaturę i światło, a zatem stan nieba jest równie ważny dla fotosyntezy jak samo światło słoneczne" - wyjaśnia dr Otmar Urban z Centrum Badań nad Globalnymi Zmianami w Brnie, Czechy, autor naczelny raportu z badań. "Co zaskakujące, wyniki badań wskazują jednak, że zwiększenie pokrywy chmur, a przez to rozproszenia światła, może tak naprawdę zintensyfikować fotosyntezę sklepienia lasu, aczkolwiek stojący za tym mechanizm pozostaje nadal nieznany."

    Wbrew przekonaniu niektórych, iż dziwnym byłoby zwiększanie przez grubszą pokrywę chmur wymiany dwutlenku węgla w ekosystemie w drodze fotosyntezy, czeski zespół sugeruje, że proces ten jest wywoływany przez zrównoważoną dystrybucję światła wśród igieł na różnych piętrach lasu.

    Na potrzeby badań naukowcy przeanalizowali w czeskich Beskidach pobór netto lasu świerkowego przy słonecznym i zachmurzonym niebie. Zbadali również poziom chlorofilu w igłach na różnych piętrach koron, aby zmierzyć związany z nim poziom fotosyntezy.

    Dane pokazują, że przy podwyższonym rozproszeniu światła w pochmurne dni następuje zwiększenie poboru dwutlenku węgla w ekosystemie, w porównaniu do takiego samego poziomu naświetlenia w dni słoneczne - według relacji zespołu.

    Naukowcy odkryli, że latorośle drzew z głębokich warstw koron wpływają na całkowity bilans węglowy lasu, kiedy niebo jest szare. Kiedy niebo jest jasne i rozświetlone, wkład środkowych i zacienionych warstw jest marginalny lub ujemny. Wkład latorośli na szczycie koron w ogólny pobór dwutlenku węgla w słoneczny dzień wynosi ponad trzy czwarte w porównaniu do zaledwie 43% w pochmurny dzień, kiedy dystrybucja światła jest bardziej równomierna.

    "Wyniki badań pokazują, że światło rozpraszane przez pokrywę chmur ma istotny wpływ na produktywność roślinności" - zauważa dr Urban. "Zdolność lasów nie tylko do przystosowywania się do otrzymywanego naświetlenia, ale również efektywnego wykorzystywania panujących warunków, pomaga nam zrozumieć, jak pojedyncze drzewa potrafią utrzymywać tak wysoki pobór dwutlenku węgla mimo bycia zacienionym przez górne warstwy koron."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Sztuczna fotosynteza – pojęcie, które ogólnie obejmuje "skopiowanie" naturalnego procesu fotosyntezy, a także związane z tym badania, w celu otrzymania wysokoenergetycznych związków chemicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii słonecznej, czasami także pod pojęciem tym rozumiany jest rozkład wody na wodór i tlen za pomocą energii słonecznej. Termin dotyczy także starań naukowców, aby otrzymać z dwutlenku węgla i wody w reakcji sztucznej fotosyntezy płynne paliwo. Dla zapoczątkowania reakcji sztucznej fotosyntezy konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz, np. odnawialnej energii słonecznej lub energii wiatru. Promieniowanie fotosyntetycznie czynne (ang. Photosynthetically active radiation, PAR, PhAR) – promieniowanie słoneczne, które może być zabsorbowane przez barwniki fotosyntetyczne na potrzeby fotosyntezy. Zakres długości fali światła fotosyntetycznie czynnego zbliżony jest do zakresu światła widzialnego i wynosi od ok. 400 do ok. 800 nm. Najczęściej przyjmuje się zakres 380–710 nm. W rzeczywistości jest to pewne uproszczenie, gdyż o ile większość fotoautotrofów wykorzystuje głównie światło słoneczne wychwytywane przez chlorofil a, o tyle niektóre organizmy wykorzystują energię światła spoza zakresu PAR, dzięki pozostałym barwnikom fotosyntetycznym. Obieg tlenu w przyrodzie, cykl tlenu – cykl biogeochemiczny, który opisuje cyrkulację tlenu i jego związków chemicznych (głównie dwutlenku węgla) w biosferze. Ogólnie cykl ten wygląda tak, że tlen jest pobierany z atmosfery przez wszystkie organizmy żywe, a następnie wykorzystywany w procesie oddychania komórkowego. Produktem ubocznym tej reakcji jest dwutlenek węgla, uwalniany z powrotem do atmosfery, z której jest pobierany przez rośliny i zamieniany z powrotem w tlen w procesie fotosyntezy.

    Fototoinhibicja – to zjawisko hamowania fotosyntezy przy dużych natężeniach światła. Jeśli organizmy fotosyntetyzujące absorbują więcej światła niż może być wykorzystane w procesach fotosyntezy dochodzi do uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego. Zjawisko fotoinhibcji zależne jest nie tylko od natężenie świtała, lecz także od warunków w jakich rośnie roślina. Do fotoinhibicji dochodzi często gdy przy niskich temperaturach ograniczających reakcje enzymatyczne roślina zostanie wystawiona na działanie silnego światła (np. w wiosenne poranki gdy natężenie światła jest duże a temperatura jest bliska zeru, przy przeniesieniu rośliny rosnącej w cieniu na miejsce w pełnym świetle), suszy, zasoleniu gleby. Rośliny posiadają mechanizmy pozwalające na adaptację do zmieniających się warunków świetlnych. Gdy jednak adaptacja do warunków świetlnych okaże się niewystarczająca dochodzi do obniżenia natężenia fotosyntezy mierzonej jako wydzielanie tlenu lub pobieranie CO2. Główna przyczyną obniżenia natężenia fotosyntezy jest uszkodzenie fotoukładu II. Akceptory elektronów, plastochinon A i B, przejmujące elektron wybity z centrum reakcji pozostają trwale w stanie zredukowanym, a centrum reakcji nie jest w stanie odbierać energii od anten fotosyntetycznych. Dochodzi do uszkodzenia białka D1 obecnego w fotoukładzie II, będącego miejscem przyłączenia plastochinonu B . Uszkodzone fotoukłady zostają wyłączone z fotosyntetycznego łańcucha transportu elektronów, aż do czasu degradacji uszkodzonego białka D1 i jego odtworzenia. Brak możliwości przekazania energii do centrum reakcji prowadzi do wytwarzania reaktywnych form tlenu co także może stać się przyczyna uszkodzenia fotoukładu II. Podczas fotoinhibicji dochodzi również do uszkodzenia kompleksu rozszczepiającego wodę z którego odłączane są jony manganu oraz polipeptydy peryferyjne. Fotosynteza C4, cykl Hatcha-Slacka, cykl Kortschacka-Hatcha-Slacka – rodzaj fotosyntezy, w której dodatkowy mechanizm wiązania dwutlenku węgla poprzedza cykl cykl Calvina-Bensona. Rośliny posiadające zdolność wiązania CO2 do fosfoenolopirogronianu określane są nazwą rośliny typu C4. Pierwszym trwałym produktem wiązania jest związek o czterech atomach węgla – szczawiooctan. Rośliny te wykształciły mechanizmy anatomiczne i fizjologiczne pozwalające na zwiększenie stężenia CO2 w komórkach, w których zachodzi cykl Calvina-Bensona. W efekcie nie obserwuje się zachodzenia u tych roślin fotooddychania, związanego z reakcją oksygenacji RuBP katalizowaną przez Rubisco. Reakcje fotooddychania są przyczyna strat energii u roślin C3. Rośliny C4, pomimo konieczności zużycia dodatkowej energii w postaci ATP, cechują się większą wydajnością fotosyntezy i szybszą produkcją biomasy. Większość roślin typu C4 występuje w klimacie gorącym, gdzie energia słoneczna nie jest czynnikiem limitującym, a mechanizm koncentracji CO2 umożliwia sprawną asymilację przy przymkniętych aparatach szparkowych i szybki wzrost przy niewielkim zapotrzebowaniu na wodę.

    Efekt tęczówki w meteorologii – kontrowersyjny mechanizm klimatycznego sprzężenia zwrotnego wiążącego parę wodną, temperaturę oceanu i pokrywę wysokich chmur w tropikach. Według tej hipotezy klimatycznej zwiększona temperatura oceanu związana z globalnym ociepleniem prowadzi do zmniejszenia pokrywy chmur w atmosferze tropikalnej. W związku z tym powierzchnia ziemi może wyemitować więcej energii cieplnej – co prowadzi do oziębienia. Wobec tego zwiększona ilość pary wodnej, w tej hipotezie, prowadzi do stabilizacji klimatu. Nazwa tęczówka jest analogią do fizjologii oka, którego tęczówka może się zwężac lub rozszerzać regulując ilość dochodzącego światła. Punkt kompensacyjny świetlny – (niekiedy punkt zrównoważenia fotosyntezy i oddychania) – natężenie światła, przy którym równoważą się procesy pobierania (fotosynteza) i wydzielania dwutlenku węgla (oddychanie komórkowe, fotooddychanie) przez rośliny. Roślina nie wydziela ani nie pobiera CO2.

    Chemosynteza – starszy ewolucyjnie od fotosyntezy i mniej od niej skomplikowany sposób autotrofizmu. Przeprowadzają go organizmy nazywane chemoautotrofami, wyłącznie bakterie, których źródłem energii do asymilacji dwutlenku węgla (CO2) są reakcje utlenienia prostszych związków nieorganicznych lub metanu. Pełni ona bardzo ważną rolę w obiegach pierwiastków ważnych biologicznie (azotu, węgla, fosforu). Asymilacja dwutlenku węgla rozpoczyna się od karboksylacji rybulozo-1,5-bisfosforanu. Fotosynteza (stgr. φῶς – światło, σύνθεσις – łączenie) – biochemiczny proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej, przez komórki zawierające chlorofil lub bakteriochlorofil, przy udziale światła. Jest to jedna z najważniejszych przemian biochemicznych na Ziemi. Proces ten utrzymuje wysoki poziom tlenu w atmosferze oraz przyczynia się do wzrostu ilości węgla organicznego w puli węgla, zwiększając masę materii organicznej kosztem materii nieorganicznej.

    Efekt Emersona – gwałtowny wzrost efektywności fotosyntezy na skutek naświetlania komórek zdolnych do prowadzenia tego procesu na raz dwoma źródłami światła monochromatycznego o długości fali 700 i 671 nanometra, w stosunku do efektywności tego procesu, gdy prowadzi się naświetlanie tylko jednym z tych źródeł. Z badań Emersona wysnuto wniosek, że dla efektywnego zachodzenia fotosyntezy konieczne jest współdziałanie dwóch układów barwników. Te układy barwników okazały się fotoukładami biorącymi udział w fotosyntetycznym transporcie elektronów.

    Wzmożone światłem oddychanie ciemniowe, LEDR (ang. light-enhanced dark respiration) – zjawisko znacznie wyższego oddychania mitochondrialnego roślin po okresie fotosyntezy. Oddychanie komórkowe jest przez okres kilku, kilkunasta minut bardziej intensywne niż oddychanie po długim okresie ciemności.

    Oświetlenie globalne (ang. global illumination) – w grafice 3D model oświetlenia, w którym każdy obiekt na scenie oświetlany jest zarówno przez światło emitowane bezpośrednio ze źródła światła, jak również przez światło odbite od innych obiektów na scenie (w przeciwieństwie do oświetlenia lokalnego, gdzie obiekty oświetlane są wyłącznie bezpośrednio przez źródło światła). Taki model oświetlenia wymaga zastosowania algorytmów, które są znacznie bardziej skomplikowane niż algorytmy oświetlenia lokalnego, jednak pozwala uzyskać znacznie większy stopień realizmu. Przykładowe algorytmy (techniki renderingu) realizujące oświetlenie globalne to mapowanie fotonowe, path tracing, radiosity, Metropolis Light Transport. Taśma (Enteromorpha syn. Ulva) – rodzaj zielenic o podważanej pozycji taksonomicznej. Plecha zbudowana z jednej warstwy komórek tworzących spłaszczoną, przypominającą jelito (stąd łacińska nazwa) rurę, której światło wypełnione jest w naturalnych warunkach wodą morską i bąbelkami tlenu wytworzonego przez tę roślinę w procesie fotosyntezy. Taśma często również może przybierać postać nici.

    Dodano: 18.11.2011. 17:17  


    Najnowsze