Fotosyntesen hotad i en allt hetare värld

Inne i Tropiska växthusets regnskog i Botaniska trädgården droppar fukten från enorma trädkronor och gigantiska palmblad. Kontrasten mot snålblåsten och det regntunga Uppsala utanför kunde inte vara större. Bredvid en hibiskusbuske har biologen Rakesh Tiwari ställt upp ett avancerat instrument som ser ut som ett avlångt mikroskop på stativ. Det visar sig vara en infraröd växthusgasanalysator, som främst används för att mäta fotosyntesen genom manipulation av bladens miljöförhållanden.

– Eftersom det är ett bärbart instrument kan jag ta med det till olika platser och analysera fotosyntesisk respons på olika växters miljöförhållanden. Jag kan till exempel ändra temperatur och ljusnivåer och mäta hur detta påverkar fotosyntesen, säger Rakesh Tiwari.

Mäter samspel

Han tar en gren och placerar försiktigt ett hibiskusblad i instrumentets bladkammare. En ljusstråle aktiveras och lyser genom bladet, vilket efterliknar de förhållanden som växten utsätts för i form av extrem värme och solinstrålning. Bladet fångar upp energin, som tillsammans med koldioxid och vatten omvandlas till glukos och syre.

Demonstrationen av fotosyntesanalysatorn ger en bild av arbetet som Rakesh Tiwari normalt bedriver i tropiska skogar i främst Puerto Rico.

– Med dessa specialiserade instrument kan vi mäta samspelet mellan ljusintensitet, koldioxidkoncentration i luften och temperatur. Alla dessa parametrar är avgörande för att fotosyntesen ska fungera. På så sätt kan vi få djupare insikter i hur växter reagerar på det förändrade klimatet.

Fotosyntesen bryts ned

Det han och andra forskare har sett i naturliga tropiska miljöer är en tydlig försämring av fotosyntesens effektivitet. Under sin tid vid University of Leeds deltog Rakesh Tiwari 2017 i ett forskningsprojekt i Amazonas för att ta reda på hur stigande temperaturer hotar regnskogens förmåga att fungera.

– Vi använde en liknande fluorometer för att övervaka när fotosystemen började brytas ned. Det vi såg var ett tydligt mönster. På en av Amazonas hetaste platser upplever träden redan lufttemperaturförhållanden som kan påverka fotosyntesmaskineriet.

Forskargruppen upptäckte att vissa växtarter i själva verket arbetade på gränsen för sin värmetolerans.

– Det som var särskilt alarmerande var att fotosyntesen under speciellt varma och torra perioder sjönk till några av de lägsta nivåer som någonsin registrerats i tropiska skogar.

Enligt Rakesh Tiwari är den fotosyntetiska effektiviteten hos en majoritet av jordens växter nere på som mest 5 procent, vilket är ett enormt slöseri med potentiell energi. En av de största orsakerna till denna ineffektivitet är fotorespiration. Det är en bireaktion som uppstår när enzymet Rubisco, som ansvarar för att fånga upp koldioxid, istället binder syre. Hur olika växtarter skiljer sig åt när det gäller fotorespiration kan avgöra deras temperaturkänslighet.

– En annan faktor är de små öppningar, eller stomata, i växtens blad som reglerar koldioxidupptag och vattenutbyte. Vid extrem värme kan öppningarna stängas för att spara vatten. Det är en överlevnadsstrategi, men den minskar också fotosyntesen. Hos vissa träd öppnas istället stomaterna vid högre temperaturer för att utnyttja evaporativ (avdunstande, reds.anm.) kylning som en mekanism för att kyla bladen.

Förmågan att lagra kol minskar

Det har gått ett år sedan Rakesh Tiwari kom från Leeds på ett Wenner-Gren Fellow-stipendium för att bli postdoktor i Bob Muscarellas forskargrupp vid Uppsala universitet. Tack vare ett anslag från Birgitta Sintrings stipendiefond fick Rakesh Tiwari finansiering för en portabel fotosyntesanalysator i forskningsprojektet ”Effects of climate change warming on photosynthesis in tropical trees”. Där undersöker han fotosyntesens strategier vid höga temperaturer och dess mekanismer i skogar. Preliminära resultat från forskargruppen har visat att fotorespirationens temperaturkänslighet varierar mellan olika tropiska arter.

I projektet tittar Rakesh Tiwari även på hur klimatförändringarna påverkar tempererade skogar i Sverige, bland annat i samarbete med Sveriges lantbruksuniversitet i Uppsala.

– Konsekvenserna av sådan förståelse kan bli mer välinformerade återplanteringsprojekt. Vi kan till exempel förstå hur vegetationen kan fungera i en varmare framtid och hur vi kan anpassa våra framtida strategier för bevarande och beskogning.

Efterlyser ett bevarandeperspektiv

Men det räcker inte med att bara plantera träd, tillägger Rakesh Tiwari. Det bästa sättet att skydda miljön är att bevara de naturliga system som redan finns.

– Vi kan inte återskapa komplexiteten i en mogen skog. Den gör mer än att bara binda koldioxid, den främjar biologisk mångfald, reglerar vattenflöden och utgör livsmiljö för otaliga arter.

Den 21 oktober till 1 november hålls FN:s konferens om biologisk mångfald, COP16, i Cali, Colombia. Rakesh Tiwari hoppas att de lösningar som lyfts fram fokuserar på hållbarhet, bevarande och långsiktigt tänkande.

– Om vi förlorar biologisk mångfald och skogsekosystem så förlorar vi planetens bästa naturliga system för att fånga upp koldioxid. En dag kanske det finns teknik som kan ta bort koldioxid från atmosfären men ju mer vi förlitar oss på artificiella lösningar, desto större skada riskerar vi att orsaka planeten. Det här är risker som vi inte har råd att ta.

Anneli Björkman