Η μυστική ζωή των δασών Understand article

Μετάφραση από τη Σεβαστή Μαλάμου (Sevasti Malamou). Νέα έρευνα αποκαλύπτει τα προηγουμένως άγνωστα ευεργετικά αποτελέσματα των θόλων που δημιουργούνται από τα δέντρα-…

Ο συγγραφέας ανάμεσα σε
γιγάντια σεκοϊάδεντρα στο
δημόσιο πάρκο Calaveras
Big
Trees στην Καλιφόρνια, ΗΠΑ
Katie Jennings/Rossella
Guerrieri

Όταν περπατάτε μέσα σε ένα δάσος, τι από τα δέντρα είναι αυτό που σας εντυπωσιάζει περισσότερο; Για μένα είναι ο πράσινος θόλος των φύλλων, με κλαδιά να φτάνουν προς τον ουρανό. Θυμάμαι όταν είδα για πρώτη φορά ένα γιγαντιαίο σεκαϊόδεντρο, στο δημόσιο πάρκο Calaveras Big Trees στην Καλιφόρνια, ΗΠΑ. Αυτό που πραγματικά με εντυπωσίασε ήταν οι μεγάλοι αειθαλείς θόλοι αυτών των δέντρων – τα οποία μπορεί να φτάνουν σε ηλικία τα 3500 χρόνια – λαμβάνοντας νερό από τις ρίζες σχεδόν 100 μέτρα κάτω. Στην καριέρα μου ως οικοφυσιολόγος δέντρων, είμαι ενθουσιασμένη από τους θόλους δέντρων, οι οποίοι είναι σημαντικοί όχι μόνο για τα μεμονωμένα δέντρα, αλλά επίσης για τα δάση – και για όλους μας.

Οι θόλοι των δέντρων έχουν τεράστια συμβολή στην άμβλυνση της υπερθέρμανσης του πλανήτη και στην αλλαγή του κλίματος, με τη λήψη διοξειδίου του άνθρακα μέσω των φύλλων τους, τα οποία χρησιμοποιούν στη φωτοσύνθεση για την παραγωγή σακχάρων. Χάρη σε αυτή τη δραστηριότητα, οι θόλοι των δασών παγκόσμια απομακρύνουν γύρω στο 30% του διοξειδίου του άνθρακα που εκπέμπεται από την καύση ορυκτών καυσίμων. Ταυτόχρονα, τα δέντρα χάνουν νερό μέσω των φύλλων τους, το οποίο παίρνουν από το έδαφος και το επιστρέφουν στην ατμόσφαιρα μέσω της διαπνοής. Πρόκειται για μια γνωστή ιστορία, αλλά αυτό που είναι λιγότερο γνωστό και αρχίζει να γίνεται κατανοητό, είναι ότι τα δέντρα επηρεάζουν επίσης και τα άλλα αέρια στον αέρα, πέραν του διοξειδίου του άνθρακα, του οξυγόνου και των υδρατμών – ιδιαίτερα το άζωτο και τις ενώσεις του.

Ο Κύκλος του αζώτου

Οι θόλοι των δέντρων εκτίθενται συνεχώς στις αλλαγές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που οφείλονται στους ρύπους. Μερικοί από αυτούς τους ρύπους είναι ενώσεις του αζώτου, συμπεριλαμβανομένης της αμμωνίας (ΝΗ3) και των ενώσεων της, καθώς και διάφορα οξείδια του αζώτου γνωστά ως ΝΟx (NO, NO2 και ΝΟ3). Κατά τον προηγούμενο αιώνα, σημειώθηκε ραγδαία αύξηση των ατμοσφαιρικών αζωτούχων ενώσεων κυρίως λόγω της παγκόσμιας αύξησης της βιομηχανικής δραστηριότητας, των εκπομπών από την κυκλοφορία, της εντατικής κτηνοτροφίας και της χρήσης λιπασμάτων στη γεωργία, και της καύσης της βιομάζας για ενέργεια (Galloway et al., 2004).

Όπως και με τις αυξήσεις του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα, τα δάση έχουν εδώ σταθεροποιητικό αποτέλεσμα, επειδή αποθηκεύουν μερικές από τις επιπλέον ενώσεις αζώτου από την ατμόσφαιρα. Μια από τις βασικές ερωτήσεις που οι επιστήμονες προσπάθησαν να απαντήσουν από τη δεκαετία του 1980 είναι κατά πόσον τα ίδια τα δέντρα έχουν αυτό το ρόλο ή μόνο το έδαφος κάτω από αυτά. Προηγούμενες μελέτες υποθέτουν ότι οι επιπλέον ενώσεις αζώτου φτάνουν στο έδαφος άμεσα και ότι δεν υπάρχει αλληλεπίδραση με τους θόλους των δέντρων, αλλά πιο πρόσφατες έρευνες δείχνουν ότι αυτή η υπόθεση μπορεί να μην είναι αλήθεια.

Θόλοι δέντρων και μόλυνση

Stomata on leaf surface
Τα στόματα είναι πόροι που
προστατεύονται από
επιμήκη κύτταρα (που
φαίνονται πράσινα) και
επιτρέπουν στα αέρια να
εισέρχονται και να
εξέρχονται από το φύλλο.

BlueRidgeKitties/Flickr, CC BY-
NC-SA 2.0
 

Σε αρκετά δάση σε ολόκληρη την Ευρώπη και τις ΗΠΑ, οι ατμοσφαιρικές ενώσεις του αζώτου παρακολουθούνται επί αρκετές δεκαετίες. Μελέτες που χρησιμοποιούν αυτά τα δεδομένα έχουν δείξει ότι οι θόλοι δέντρων έχουν ένα ενεργό ρόλο στην απομάκρυνση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης διατηρώντας μερικές από τις ενώσεις του αζώτου και μεταβάλλοντας άλλες που φτάνουν στο έδαφος. Αλλά πως το κάνουν αυτό; Φαίνεται ότι, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, αυτές οι αζωτούχες ενώσεις είναι ικανές να διεισδύσουν στην επιφάνεια του φύλλου διαμέσου των στομάτων, να κρατηθούν και να απορροφηθούν από το φυτό. Άλλες μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι οι θόλοι των δέντρων μπορούν να μεταμορφώσουν την αμμωνία και τις ενώσεις της, μετατρέποντας τα σε νιτρικά άλατα, τα οποία ξεπλένονται στο χώμα και απορροφώνται από τις ρίζες ως θρεπτικά συστατικά. Αυτές οι διαδικασίες εξηγούν ένα άλλο εύρημα: οι αερομεταφερόμενες ενώσεις αζώτου μπορούν στην πραγματικότητα να ωφελήσουν τα δέντρα, καθώς αυξάνουν το ρυθμό ανάπτυξης σε κάποια δάση όπου η διαθεσιμότητα αζώτου μπορεί να είναι ένας περιοριστικός παράγοντας (Magnani et al., 2007).

Φυσικά, τα δέντρα μπορούν επίσης να υποστούν βλάβη από την ατμοσφαιρική ρύπανση, κυρίως από τις ενώσεις του όζοντος και του θείου, όπως διοξείδιο του θείου – το οποίο είναι γνωστό από τη δεκαετία του 1980. Αυτά τα αέρια βλάπτουν την επιδερμίδα των φύλλων και τα στόματα, προκαλώντας μια ανισορροπία στην ανταλλαγή αερίων του φυτού με τον αέρα. Παρόλα αυτά, χάρη στη ρύθμιση αυτή, οι εκπομπές που προκαλούν ατμοσφαιρική ρύπανση έχουν μειωθεί από τη δεκαετία του 1980, κυρίως σε ότι αφορά τις ενώσεις του θείου.

Έτσι τα δέντρα λειτουργούν ως φίλτρα και συμβάλλουν στη βελτίωση της ποιότητας του αέρα, ακόμα και στις πόλεις. Γενικά, το πόσο αποτελεσματικό είναι ένα δέντρο για την απομάκρυνση των ρύπων εξαρτάται από τη δομή των θόλων των δέντρων (το σχήμα τους, την πυκνότητα των φύλλων και των κλαδιών) και των φύλλων τους (π.χ. τραχύτητα και κηρώδης επιφάνεια). Τα είδη των δέντρων που είναι ιδιαιτέρως αποτελεσματικά στη λήψη ενώσεων ΝΟx μέσω των φύλλων τους περιλαμβάνουν τις σημύδες (Betula), τις λεύκες (Populus) και τα μαύρα γηραιά (Sambucus nigra) είδη, ενώ οι δρυς (Quercus), οι οξιές (Fagus sylvatica) και καρπίνοι (Carpinus betulus) είναι καλοί στην απορρόφηση αμμωνίας.

Oak tree (Quercus)
Δρύς (Quercus), ένα είδος που μπορεί να απορροφήσει την αμμωνία από την ατμόσφαιρα.
Yuriy Vahlenko/Shutterstock.com

Μικροβιακά προστατευτικά

Bacterial colonies from leaf
Οι βακτηριακές αποικίες
αναπτύσσονται με
αποτύπωση ενός φύλλου σε
ένα θρεπτικό μέσο,
δείχνοντας πως τα βακτήρια
ευθυγραμμίζονται κατά
μήκος των δομών των
φύλλων

Julia Vorholt/ETH Zurich
 

Η τρέχουσα έρευνα αποκαλύπτει έναν άλλο παράγοντα για το πώς οι θόλοι των δέντρων έχουν αυτά τα αξιοσημείωτα αποτελέσματα στην ατμόσφαιρα. Αυτό είναι το «μικροβίωμα φύλλου» – οι μικροβιακές μορφές ζωής που βρίσκονται μέσα ή πάνω στις επιφάνειες των φύλλων, κάπως σαν το μικροβίωμα του εντέρου στα σώματα μας. Είναι πλέον γνωστό ότι η υγεία μας ακόμα και η ευτυχία μας μπορεί να επηρεαστεί σημαντικά από το μικροβίωμα του εντέρου μας. Είναι αξιοσημείωτο ότι φαίνεται να υπάρχει μια παρόμοια επίδραση στα δέντρα, με το μικροβίωμα φύλλου να επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα δέντρα ανταποκρίνονται στις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Αλλά ενώ οι αναλύσεις αλληλουχίας DNA επέτρεψαν στους επιστήμονες να συνθέσουν έναν παγκόσμιο άτλαντα μικροβίων που ζουν στο έδαφος, έχουμε μόλις αρχίσει να μαθαίνουμε ποιες κατηγορίες μικροβίων ζουν στους θόλους των δέντρων. Υπάρχουν ακόμα πολλές ερωτήσεις να απαντηθούν: για παράδειγμα, είναι αυτά τα μικροβιακά είδη παρόμοια σε διαφορετικά δάση και είδη δέντρων; Και ποια μικρόβια είναι υπεύθυνα για τη λήψη ατμοσφαιρικού αζώτου εντός των θόλων των δέντρων και ποια για τη μετατροπή τους;

Το 2015 έλαβα μια ερευνητική επιχορήγηση για να απαντήσω σε αυτά τα ερωτήματα. Στόχος μου ήταν να διερευνήσω τη μυστική ζωή των θόλων των δέντρων των ώριμων σκωτσέζικων πεύκων και οξιών σε ολόκληρη την Ευρώπη, από τη Σουηδία και τη Φινλανδία στο μακρινό βορρά μέχρι τη Μεσόγειο και την Ισπανία στο νότο. Έξι μήνες αφότου άρχισα την υποτροφία μου, είχα ένα εργαστήριο γεμάτο από χώμα, φύλλα και μπουκάλια που περιείχαν νερό που συλλέχθηκε κάτω από τους θόλους των δέντρων. Ήταν εντυπωσιακό να ανακαλύψουμε ότι λίγα γραμμάρια φύλλων κρύβουν μια απίστευτα διαφορετική βακτηριακή κοινότητα (Guerrieri et al., 2017), και μέσω του μικροσκοπίου μπορούσα να δω πόσο όμορφα τα μικρόβια ευθυγραμμίζονται κατά μήκος των νεύρων των φύλλων.

Με τους συναδέλφους μου, ξεκινήσαμε να δούμε ποια μικρόβια φύλλων κάνουν τι – για παράδειγμα, βρήκαμε ότι υπήρχαν περισσότερα αρχαία από ότι βακτήρια που συμμετέχουν στη μετατροπή της ατμοσφαιρικής αμμωνίας σε νιτρικά άλατα. Άλλες μελέτες έχουν δείξει ότι κάποια βακτήρια απομακρύνουν τους ρύπους από την ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας αυτούς στο μεταβολισμό τους (Wei et al., 2017). Αλλά έχουμε πολύ περισσότερα να κάνουμε σε αυτό το νέο ερευνητικό πεδίο, να κατανοήσουμε τις επιπτώσεις συγκεκριμένων μικροβίων εντός του μεγαοικοσυστήματος των φύλλων.

Μεγαοικοσύστημα φύλλων και υγεία των δασών

Όπως οι άνθρωποι, φαίνεται ότι και τα ίδια τα δέντρα επωφελούνται από τους μικροβιακούς ενοίκους τους. Πρόσφατα, επιστήμονες έχουν διαπιστώσει ότι η βακτηριδιακή ποικιλομορφία στους θόλους των δέντρων συμβάλλει στη βελτίωση της αντοχής απέναντι στα παράσιτα και συμβάλλει γενικά στην καλύτερη υγεία των δασών. Και μια ομάδα επιστημόνων στις ΗΠΑ έχουν βρει βακτήρια σε φύλλα σεκοϊάδεντρου που τα προστατεύουν από παθογόνους μύκητες (Carrell & Frank, 2015) – έτσι ίσως αυτό είναι το μυστικό που επέτρεψε σε αυτά τα όμορφα γιγάντια δέντρα να αντισταθούν σε ασθένειες και να επιβιώσουν για αιώνες, ή ακόμα και χιλιετίες.

Σε κάθε περίπτωση, μετά από περισσότερο από 20 χρόνια παρατηρήσεων στα ευρωπαϊκά δάση, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι οι θόλοι των δέντρων – και οι αόρατες μορφές ζωής που κρύβουν – είναι ένα σημαντικό κομμάτι του πολύπλοκου και ατελούς παζλ για το πώς κυκλοφορεί το άζωτο μεταξύ της γης, του αέρα και των ζώντων ειδών.

Primeval beech forest canopy
Ο θόλος ενός παρθένου δάσους οξιάς στο Εθνικό Πάρκο Hainich της Γερμανίας
Takashi Images/Shutterstock.com

Ευχαριστίες

Η συγγραφέας θα ήθελε να ευχαριστήσει τη Διεθνή Υποτροφία Αποφοίτων του Νεύτωνα (Newton International Fellowship Alumni) που προέκυψε από χρηματοδότηση (2013-2017) της Βασιλικής Κοινότητας,  την ΕΕ χρηματοδοτώντας την ατομική υποτροφία MSCA (NITRIPHYLL), και τους Joan Cáliz και Mateu Menéndez-Serra (Κέντρο Ανωτέρων Σπουδών της Μπλέηνς, Ισπανία).

Download

Download this article as a PDF

References

Resources

Author(s)

Η Rossella Guerrieri είναι φυσιολόγος φυτών και δασικός οικολόγος. Το κύριο ερευνητικό της ενδιαφέρον είναι να κατανοήσει πως η λειτουργία των δασών ποικίλει σε σχέση με σημαντικές περιβαλλοντικές και ανθρωπογενείς αλλαγές.  Αφού έλαβε το διδακτορικό της από το Πανεπιστήμιο της Basilicata της Ιταλίας, πραγματοποίησε έρευνες στα Πανεπιστήμια του New Hampshire στις ΗΠΑ και στο Εδιμβούργο του ΗΒ, και στη συνέχεια στο CREAF (Κέντρο για την Οικολογική Έρευνα και τις Δασικές Εφαρμογές) στη Βαρκελώνη της Ισπανίας. Έχει λάβει μέρος σε δραστηριότητες προβολής για τα δάση και την κλιματική αλλαγή, συμπεριλαμβανομένου του Φεστιβάλ Επιστήμης του Εδιμβούργου και στο Κέντρο Σύγχρονου Πολιτισμού της Βαρκελώνης.


Review

Αυτό το άρθρο αφορά στους θόλους των δέντρων και τη σημασία τους ως παράγοντες της ατμοσφαιρικής αλλαγής. Η συγγραφέας περιγράφει τους στόχους της δικής της έρευνας: να κατανοήσει την ποικιλομορφία και τη λειτουργία των μικροβίων που ζουν μέσα και πάνω στα φύλλα των σκωτσέζικων δασών πεύκου και οξιάς.

Το άρθρο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως κίνητρο για τη διδασκαλία θεμάτων όπως ο κυτταρικός μεταβολισμός, οι βιολογικές αντιδράσεις, ο κύκλος του αζώτου και πιο γενικά τα οικοσυστήματα.

Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σαν η βάση για ερωτήσεις κατανόησης όπως:

  • Ποιες ενώσεις εμπλέκονται στην ανταλλαγή μεταξύ δέντρων και ατμόσφαιρας;
  • Ποια είναι η επίδραση του διοξεδίου του θείου στα φυτά;
  • Πως τα δέντρα μειώνουν την μόλυνση από τις ενώσεις αζώτου;

Το άρθρο θα ήταν επίσης χρήσιμο για να δείξει την εφαρμογή των τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση βακτηρίων, και ιδιαίτερα στις αναλύσεις DNA. Γενικότερα, υπογραμμίζει τον απόλυτο ενθουσιασμό της επιστημονικής έρευνας και τον ενθουσιασμό του ερευνητή σε αυτόν τον νέο τομέα σπουδών.


Monica Menesini, εκπαιδευτικός φυσικών επιστημών, Ιταλία




License

CC-BY