Легкие Земли задыхаются от пластика и дыма, но ученые надеются это исправить

Думаю, многие видели наглядные пособия в школе, на которых планета Земля изображалась с легкими, роль которых исполняют растения. Этот образ используется очень часто, а в языке есть устойчивые сочетания вроде «легкие Земли». Однако это не совсем точный прием, так как растения извлекают из воздуха углекислый газ, а выделяют кислород. Не очень похоже на животных.

На таких же пособиях обычно отображается содержание углекислого газа в атмосфере со сравнением показателей XX и XXI: объем CO₂ неуклонно рос, затем еще быстрее, но не по прямой линии. Периодически кривая резко падает, затем достигает нового пика, образуя зигзаг, ползущий вверх.

Ежегодное временное снижение диоксида углерода объясняется фотосинтезом. Если вы считаете, что чудес не бывает, или хотите увидеть их своими глазами, то это и есть настоящее чудо. Растения превращают свет и углекислый газ в свою пищу, попутно регулируя атмосферный углерод. И этот процесс гораздо старше существования нашего вида. Парадокс заключается в том, что человек (и другие животные) не может жить без фотосинтеза растений, но при этом активно использует ископаемое топливо, что нарушает хрупкое равновесие, поддерживаемое растениями.

Пару дней назад в северном полушарии, где находится большая часть зелени планеты (тех самых легких), наступила весна, о чем сообщило весеннее равноденствие. Деревья распускают листья, которые начинают впитывать углерод из воздуха и превращать его в новую кору, корни и ветви. Если пофантазировать, это похоже на гигантский вдох углерода, совершаемый Землей; а осенью, когда деревья сбросят листву, планета снова выдохнет.

Воздух, которым мы дышим, все больше загрязняется ископаемым топливом, в том числе продуктами из него вроде пластика, который теперь настолько вездесущ, что простое дыхание поставляет его микроскопические фрагменты в наш мозг. Нечто подобное происходит и с растениями, и это может иметь глобальные и, увы, печальные последствия.

«Микропластик препятствует фотосинтезу — процессу, посредством которого растения преобразуют энергию солнца во фрукты и овощи, которые мы едим, — говорит Денис Дж. Мерфи, почетный профессор биотехнологий в Университете Южного Уэльса. — Это грозит огромными потерями в производстве урожая и морепродуктов в ближайшие десятилетия, что может означать нехватку продовольствия для сотен миллионов людей».

Таковы выводы недавнего исследования ученых из Китая, Германии и США. Мерфи не принимал в нем участия, но его собственные эксперименты с растительными клетками, в которые может проникнуть мельчайший микропластик и повредить органы, участвующие в фотосинтезе, вызывают у ученого беспокойство.

«Учитывая потенциальный, хотя и спекулятивный, риск для мирового производства продовольствия, следует отдать приоритет тщательным научным исследованиям микропластика и его воздействия как на сельскохозяйственные культуры, так и на морскую флору и фауну, поддерживающую запасы рыбы и морепродуктов», — говорит Денис Дж. Мерфи.

Еще совсем недавно люди задавались вопросом, может ли наша привычка к ископаемому топливу на самом деле принести пользу фотосинтезу растений. Ведь, в конце концов, растения потребляют CO₂. Наводнение атмосферы все большим его количеством каждый год могло бы только подогреть их аппетиты, не так ли?

«Количество CO₂, используемого в процессе фотосинтеза и сохраняемого в растительности и почве, за последние пятьдесят лет выросло и теперь поглощается около четверти выбросов человека в среднем за год», — говорят экологи Аманда Кавана из Университета Эссекса и Кейтлин Мур из Университета Западной Австралии.

Большая часть этого поглощения углерода приходится на урожай и молодые деревья, считают они, и меньше на зрелые леса, где хранится большая часть мирового углерода. Кавана и Мур подчеркивают, что этот углеродный насос замедляется, поскольку другие необходимые ингредиенты для фотосинтеза — питательные вещества из почвы и вода — либо сократились, либо остались на прежнем уровне.

Микропластик может замедлить темпы дальнейшего удаления углерода растениями. Затем усилятся изменения климата, такие как засухи, пожары и наводнения, если мы продолжим сжигать ископаемое топливо. После двадцатилетнего мониторинга лесов и кустарников в Австралии Кейтлин Мур и группа из шести ее коллег пришли к выводу, что экосистемы рискуют потерять способность восстанавливаться и продолжать поглощать углерод после последовательных климатических катастроф.

Люди сделали многое для сокращения глобального фотосинтеза, но группа ученых из Оксфордского университета и Общества Фраунгофера в Германии пытается переломить ситуацию. Как? Хакая растения, чтобы помочь им извлечь больше пользы из этого процесса. Джонатан Менари, Себастьян Фуллер и Стефан Шилльберг говорят: «Возможно, вы думаете, что природа довела искусство превращения солнечного света в сахар до совершенства. Однако это не совсем так, даже растения еще не достигли своего полного потенциала».

Команда утверждает, что растения, как правило, преобразуют менее пяти процентов солнечного света в новую ткань, часто всего лишь один процент. Это происходит из-за ошибки, которую регулярно совершают растения, когда фермент, участвующий в фотосинтезе, цепляется за кислород вместо CO₂. Ученые считают, если бы им удалось предотвратить эту ошибку, у растений осталось бы больше энергии для фотосинтеза.

Цианобактерии — древнейшие фотосинтезаторы Земли. Менари, Фуллер и Шилльберг считают, что эти микроскопические организмы могут обладать полезными генами для лучшего управления солнечным светом, что может быть полезным для таких культур, как рис и картофель. Другая технология заключается в том, чтобы помочь растениям быстрее восстановиться после воздействия высокой освещенности.

Более эффективный фотосинтез с помощью редактирования генов и других инструментов не является «серебряной пулей», подчеркивают ученые. Конечно, нет, пока ископаемое топливо продолжает топить планету в углероде, который она не может усвоить. Однако эта работа окажется полезной, поскольку фермеры стремятся выращивать больше продукции в условиях все более нестабильной окружающей среды, при этом сохраняя достаточно земли для природы.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.