Вчені виявили, що дерева дивовижно реагують на дим лісових пожеж

Коли в повітрі витає дим від пожежі, лікарі закликають людей залишатися вдома, щоб не вдихати шкідливі частинки та гази. Але що відбувається з деревами та іншими рослинами, які не можуть втекти від диму?

Виявляється, вони реагують схоже на нас: деякі дерева фактично зачиняють вікна та двері й затримують подих. Як атмосферні та хіміки ми вивчаємо якість повітря та екологічні наслідки диму лісових пожеж та інших забруднюючих речовин. У дослідженні, яке розпочалося абсолютно випадково, коли дим заполонив нашу дослідницьку ділянку в Колорадо, ми змогли в режимі реального часу спостерігати за реакцією листя живих сосен.

Як дихають рослини

У рослин на поверхні листя є пори, які називаються продихами. Ці пори дуже схожі на наш рот, за винятком того, що поки ми вдихаємо кисень і видихаємо вуглекислий газ, рослини вдихають вуглекислий газ і видихають кисень.

І люди, і рослини вдихають інші хімічні речовини в повітрі навколо них і видихають хімічні речовини, що виробляються всередині них – подих кави для деяких людей, аромат сосни для деяких дерев. Однак, на відміну від людини, листя вдихає і видихає одночасно, постійно вбираючи і випускаючи атмосферні гази.

Підказки більш ніж століття досліджень

На початку 1900-х років вчені, які вивчали дерева в сильно забруднених районах, виявили, що ті, хто постійно піддається забрудненню від спалювання вугілля, мали чорні гранули, які забивали пори листя, через які рослини дихають. Вони підозрювали, що речовина в цих гранулах була частково створена деревами, але через відсутність доступних інструментів на той час хімічний склад цих гранул так і не був досліджений, як і вплив на фотосинтез рослин.

Більшість сучасних досліджень впливу диму від лісових пожеж зосереджено на сільськогосподарських культурах, і результати виявилися суперечливими.

Наприклад, дослідження кількох посівів і болотистих угідь у Каліфорнії показало, що дим розсіює світло таким чином, що робить рослини більш ефективними у фотосинтезі та зростанні. Проте лабораторне дослідження, під час якого рослини піддавалися штучному диму, показало, що продуктивність рослин впала під час і після впливу диму, хоча ці рослини відновилися через кілька годин. Є й інші ознаки того, що дим від лісових пожеж може негативно вплинути на рослини. Можливо, ви навіть пробували один: коли виноград піддається диму, його вино може бути заплямованим.

Що робить дим токсичним навіть далеко від вогню

Коли дим лісової пожежі поширюється на великі відстані, він готується на сонячному світлі та хімічно змінюється. Змішування летючих органічних сполук, оксидів азоту та сонячного світла призведе до утворення приземного озону, який може викликати проблеми з диханням у людей. Він також може завдати шкоди рослинам, руйнуючи поверхню листя, окислюючи тканини рослин і сповільнюючи фотосинтез.

У той час як вчені зазвичай вважають міські регіони великими джерелами озону, що впливає на посіви за вітром, дим лісових пожеж викликає занепокоєння. Інші сполуки, включаючи оксиди азоту, також можуть завдати шкоди рослинам і зменшити фотосинтез.

У сукупності дослідження показують, що дим лісових пожеж взаємодіє з рослинами, але погано зрозумілими способами. Відсутність досліджень пояснюється тим фактом, що вивчити вплив диму на листя живих рослин у природі важко: лісові пожежі важко передбачити, і перебування в задимленості може бути небезпечним.

Випадкове дослідження – посеред лісової пожежі

Ми не збиралися вивчати реакцію рослин на дим лісових пожеж. Замість цього ми намагалися зрозуміти, як рослини виділяють леткі органічні сполуки – хімічні речовини, які змушують ліси пахнути лісом, а також впливають на якість повітря та навіть можуть змінити хмари.

Осінь 2020 року була поганою для лісових пожеж на заході США, і густий дим пройшов через поле, де ми працювали в Скелястих горах Колорадо. У перший ранок із сильним задимленням ми провели наш звичайний тест, щоб виміряти фотосинтез на рівні листя сосен Ponderosa. Ми були здивовані, виявивши, що пори дерева були повністю закриті, а фотосинтез був майже нульовим.

Ми також виміряли викиди листям звичайних летких органічних сполук і виявили дуже низькі показники. Це означало, що листя не «дихали» – воно не вдихало вуглекислий газ, необхідний для росту, і не видихало хімічні речовини, які зазвичай виділяє.

Отримавши ці несподівані результати, ми вирішили спробувати форсувати фотосинтез і перевірити, чи зможемо ми «дефібрилювати» лист у його нормальний ритм. Змінюючи температуру та вологість листя, ми очистили «дихальні шляхи» листа та побачили раптове покращення фотосинтезу та викид летких органічних сполук.

Наші дані за кілька місяців показали, що деякі рослини реагують на сильні вибухи диму від лісових пожеж, припиняючи обмін із зовнішнім повітрям. Вони ефективно затримують дихання, але не раніше, ніж потрапили під дим.

Ми припускаємо кілька процесів, які могли спричинити закриття пор листя: Частинки диму могли покривати листя, створюючи шар, який перешкоджає відкриттю пор. Дим також міг потрапити в листя і закупорити їх пори, утримуючи їх липкими. Або ж листя може фізично відреагувати на перші ознаки диму та закрити пори, перш ніж отримати найгірше. Ймовірно, це поєднання цих та інших відповідей.

Довгостроковий вплив поки що невідомий

Журі все ще не знає, скільки саме тривають наслідки диму лісової пожежі та як повторювані випадки диму вплинуть на рослини, включаючи дерева та сільськогосподарські культури, у довгостроковій перспективі. Через зміну клімату, політику управління лісами та поведінку людей лісові пожежі стають все більш інтенсивними та частішими, тому важливо краще розуміти їхній вплив.