تأثیر CO2بشرافزایش جهانی در سطح CO2برای درختان خوب است ، برای چمنزارها بد است و برای مرجان ها وحشتناک است

جایزه صلح نوبل امسال برای معاون رئیس جمهور سابق ایالات متحده آل گور و هیئت بین دولتی در مورد تغییرات آب و هوا (ژنو ، سوئیس) بار دیگر با افزایش سطح دی اکسید کربن ، اهمیت و تهدید احتمالی تغییرات آب و هوایی انسان شناسی را برجسته کردند (CO₂) در جو. از همه بدتر - و اغلب نادیده گرفته می شود - اثرات افزایش سطح CO است₂به خودی خود ، صرف نظر از تغییرات آب و هوا. با این حال ، تحقیقات با تمرکز بر ابعاد کربن اکنون تصویری دقیق تر از چگونگی عملکرد گیاهان زمینی و ارگانیسم های دریایی به ویژه به غلظت های به تدریج بالاتر از CO پاسخ می دهد.₂هم در جو و هم در دریا.

… صخره های مرجانی می توانند یک بار سطح CACO را از بین ببرند₃پایین تر از 3. 25 برابر اشباع بیش از حد یا به محض سطح جوی CO است₂رسیدن به 550 ppm

تأثیر سطح بالای شرکت جوی₂در زمین و آب بسیار متفاوت خواهد بود اما هر دو دانشمندان در حال حاضر نگران هستند ، به ویژه با توجه به سرنوشت ارگانیسم های دریایی کلسیم مانند مرجان ها."از طرف اقیانوس ، اثرات CO₂ظهور بسیار خطرناک تر است ، "گفت: کن کالدیرا از گروه بوم شناسی جهانی در موسسه کارنگی واشنگتن ، دی سی ، ایالات متحده."برای گیاهان زمینی ، CO₂می توان به عنوان یک ماده مغذی ضروری فکر کرد. یک مبارز₂و تا حد ممکن آب کمتری بگذارید. اما موجودات اقیانوس تقریباً هرگز با در دسترس بودن CO محدود نمی شوند₂بشرآنها با نور یا در دسترس بودن مواد مغذی محدودتر هستند. "

نکته مهم موجودات دریایی این است که افزایش سطح CO₂pH محیط خود را کاهش می دهد ، که بیوشیمی آنها را به چالش می کشد-به ویژه ارگانیسم هایی مانند مرجان ها ، کوکولیتوفورها (جلبک های تک سلولی) ، سخت پوستان و صدف ، که همه آنها از کربنات کلسیم استفاده می کنند (CACO₃) برای تولید اسکلت های خارجی یا پوشش پوسته. آب دریا کمی قلیایی است و در حال حاضر در محدوده 7. 9 تا 8. 2 در اقیانوس باز است. این مقدار به طور متوسط از ابتدای دوره صنعتی در نتیجه انتشار انسان شناسی CO به طور متوسط تقریباً 0. 1 کاهش یافته است₂به جو ، که به نوبه خود ، غلظت CO را افزایش داده است₂در اقیانوس هاهم₂pH اقیانوسی را با افزایش غلظت یون های هیدروژن (H +) در آب کاهش می دهد. همچنین با آب واکنش نشان می دهد تا چندین گونه یونی و غیر یونی از جمله یون های بی کربنات را تشکیل دهد (HCO₃-) ، که کمتر از یونهای کربنات قلیایی هستند (CO)₃2−). اثر خالص کاهش قلیایی و غلظت کمتری از کربنات ها در آب است.

مقادیر کاهش کربناتهای کلسیم طیف گسترده ای از ارگانیسم های دریایی را محاسبه می کند. زمان انقراض احتمالی آنها تا حد زیادی به نوع CACO بستگی دارد₃که آنها نیاز دارندبه عنوان مثال مرجان ها از آراگونیت برای ساخت اسکلت اسکلت خود استفاده می کنند ، در حالی که بسیاری از ارگانیسم های پلانکتون از کلسیت برای پوشش های محافظ استفاده می کنند. آراگونیت راحت تر از کلسیت حل می شود ، بنابراین تهدیدی فوری برای مرجان ها و صخره های مرتبط با آنها وجود دارد ، از جمله صخره های بزرگ سد در سواحل کوئینزلند ، استرالیا ، که مساحت 344400 کیلومتر مربع را در بر می گیرد. به گفته کالدیرا ، صخره های مرجانی می توانند یک بار سطح CACO را از بین ببرند₃زیر 3. 25 برابر اشباع بیش از حد ، یا به محض سطح جوی CO₂رسیدن به 550 ppm. وی گفت: "در سطح انتشار فعلی ، این اتفاق تا اواسط قرن ، شاید حتی 2040 اتفاق می افتد."

چشم انداز برای سایر ارگانیسم های کلسیم مانند بسیاری از پلانکتون ها از بین می رود. با این حال ، حتی آنها قادر به زنده ماندن از سطوح بالاتر CO نخواهند بود₂این احتمال وجود دارد که انسان همچنان به سوزاندن مقادیر قابل توجهی از سوخت فسیلی بپردازد. کالدیرا معتقد است که 750 ppm در جو حد بالایی است که در آن می توانند زنده بمانند."در هر صورت ، به عنوان CO₂غلظت ها افزایش می یابد […] ساخت ارگانیسم هایی که دارای پوسته هستند ، می توانند انرژی بیشتری را در آن قرار دهند و کمتر برای تولید مثل ، پیدا کردن غذا و جلوگیری از شکارچیان باقی می مانند. "بنابراین برخی از موجودات ممکن است حتی قبل از غلظت CACO شروع به انقراض کنند₃به نقطه بحرانی برسید ، زیرا آنها برای رقابت در برابر رقبای غیر کالری مناسب نیستند.

در حالی که حیوانات ابتدایی تحمل شرکت را دارند₂حمله در اقیانوس ها ، گیاهانی خواهند بود که بیشتر در زمین تحت تأثیر قرار می گیرند

حداقل یک ارگانیسم ، پتروپود ، همچنین به عنوان حلزون دریایی یا پروانه دریایی شناخته می شود - که در آبهای سرد ساکن است₂با سرعت بیشتری حل می شود - در حال حاضر توده پوسته را از دست می دهد."با توجه به کلسیفایرها ، مناطقی که قبلاً CACO کم دارند₃ژان پیر گاتوسو ، دانشمند ارشد تحقیقاتی در آزمایشگاه های D'Océanographie در Villefranche-Sur-Mer ، فرانسه ، اظهار داشت."این مناطق با عرض جغرافیایی و آبهای عمیق است."

پیامدهای سقوط سطح pH اقیانوسی برای ارگانیسم های دریایی غیر کلسیم کمتر واضح است زیرا برخی ممکن است از پیامدهای غیرمستقیم افزایش CO بهره مند شوند₂غلظت"Trhere شواهدی است که CO را بالا می برد₂تولید اولیه برخی از گونه ها را تحریک می کند. ""همچنین برخی از داده های اخیر وجود دارد که نشان می دهد تثبیت نیتروژن تحریک می شود. برندگان را می توان با پیشرفت تحقیق شناسایی کرد. "

با این حال ، در بین ارگانیسم های غیر کلسیم نیز بازنده خواهد بود. کالدیرا خاطرنشان کرد که افزایش سطح CO₂می تواند بر اکسیژن و CO تأثیر بگذارد₂حمل و نقل در خون موجودات دریایی زیرا رفتار اتصال هموگلوبین به pH خون حساس است. وقتی خون وارد آبشش می شود ، کم شرکت₂غلظت در آنجا اسیدیته را کاهش می دهد و باعث افزایش pH خون می شود ، که هموگلوبین را به اتصال به اکسیژن ترغیب می کند و CO را آزاد می کند₂بشربا گردش خون و اکسیژن به CO تبدیل می شود₂، pH خون سقوط می کند و توانایی هموگلوبین را برای اتصال به CO افزایش می دهد₂بشربیشتر₂در آب pH در اطراف آبشش ها کاهش می یابد و بنابراین ، اجازه می دهد₂از خون اخراج شود. این اثر با گرم شدن کره زمین تقویت می شود زیرا آب گرم می تواند اکسیژن کمتری به همراه داشته باشد. همانطور که کالدیرا خاطرنشان کرد ، ارگانیسم ها ممکن است با تولید رنگدانه سازنده اکسیژن بیشتر سازگار شوند ، اما باز هم این می تواند به هزینه سایر ویژگی های تناسب اندام مانند توانایی تولید مثل باشد. ماهی مرکب از جمله آسیب پذیرترین افراد در برابر این تهدید است (کالدیرا و همکاران ، 2005).

تأثیر حیوانات بالاتر-از جمله ماهی و پستانداران دریایی-بسیار کمتر خواهد بود زیرا شیمی بدن آنها در برابر اقیانوس خارجی تا حد بسیار بیشتری نسبت به اکثر غیر شغلی عایق بندی می شود. با این حال ، ارگانیسم های بالاتر ممکن است به طور غیرمستقیم تحت تأثیر قرار بگیرند زیرا آنها به ارگانیسم های دیگر متکی هستند که زنجیره غذایی را پایین می آورند. Ove Hoegh-Guldberg ، استاد و مدیر مرکز مطالعات دریایی در دانشگاه کوئینزلند ، استرالیا ، خاطرنشان کرد: "[G] که این ارگانیسم های پایین انرژی فتوسنتزی را فراهم می کنند که در نهایت از موجودات مهمی مانند کریل ، ماهی و عبور می کندسرانجام ارگانیسم های بزرگی مانند پستانداران دریایی ، نگرانی در مورد تأثیر زنجیره های غذایی وجود دارد. "

نگرانی کمتری در مورد تأثیر افزایش سطح CO وجود دارد₂در جو زنجیرهای غذایی زمین ، اگرچه دانشمندان نیز انتظار دارند تغییرات عمیقی را ببینند. در حالی که حیوانات ابتدایی تحمل شرکت را دارند₂یورش در اقیانوس ها ، گیاهانی خواهند بود که بیشتر در زمین تحت تأثیر قرار می گیرند. تفاوت گیاهان در این است که CO₂در واقع ، یک کود است و می تواند سرعت رشد و تولید مثل را در طیف گسترده ای از گونه های گیاهی تقویت کند. اما غنایم شرکت جوی مطرح شده₂غلظت به طور مساوی در پادشاهی گیاه تقسیم نمی شود.

گیاهان به CO نیاز دارند₂برای فتوسنتز ، اما آنها باید CO را متعادل کنند₂با از بین رفتن آب به جو ، از روزنه های خود را جذب کنید. گیاهان که در آب و هوای مختلف تکامل یافته اند ، بنابراین استراتژی های مختلفی را برای بهینه سازی زمان لازم برای گرفتن شرکت جوی تکامل داده اند₂بشراین ایده که علفهای هرز در سطح افزایش یافته شرکت می کنند₂با هزینه محصولات زراعی و گیاهان کشت شده ارز گسترده ای به دست آورده است ، اما این یک توضیح بیش از حد است. پاسخ گیاه به افزایش سطح CO₂در واقع به مکانیسم فتوسنتز بستگی دارد ، نه اینکه انسان آن را آفت در نظر بگیرد.

گیاهان را می توان به دو دسته تقسیم کرد - C₃و سی₄- بر اساس روش آنها برای تثبیت شرکت₂از جو ، با زیر مجموعه دیگری از c₄CAM (متابولیسم اسید Crassulacean) نامیده می شود. بخش عمده ای از گیاهان ، که 99 ٪ از کل زیست توده کل را تشکیل می دهند ، از c استفاده کنید₃مکانیسم رفع کربن از شرکت جوی₂، در حالی که بیشتر علفهای هرز "بدترین" جهان - که برای محصولات زراعی کشت شده ترین آنها هستند - C₄گیاهان (هولم و همکاران ، 1978). با این حال ، کاملاً مشخص نیست که آیا₃یا ج₄گیاهان بیشتر از سطح افزایش یافته CO بهره مند می شوند₂، اگرچه اجماع این است که C₃گیاهان احتمالاً برندگان کلی خواهند بود (لی و همکاران ، 2007).

… غنایم شرکت جوی مطرح شده₂به طور مساوی در سراسر پادشاهی گیاه تقسیم نمی شود

این فرایند C نامیده می شود₃مسیر زیرا اولین محصول CO است₂کاهش در فتوسنتز یک ترکیب 3 کربن است. آنزیم ریبولوز-1،5-بیس فسفات کربوکسیلاز/اکسیژناز (روبیسکو) جذب CO را تنظیم می کند₂و میزان فتوسنتز در یک فرآیند تک مرحله ای ، شبیه به باز و بسته شدن دریچه آتش سوزی. این مکانیسم نسبتاً ساده هزینه متابولیکی پایین تر از C را تحمیل می کند₄مکانیسم ها و به خوبی برای گیاهان در شرایط خنک و مرطوب در سطح نور طبیعی سازگار است. تصور می شد همه گیاهان تا دهه 1960 از این مکانیسم استفاده می کنند که مارشال هاچ و راجر اسلک C را کشف کردند₄مکانیسم (Hatch & Slack ، 1966).

C₄گیاهان در شرایط خشک تکامل می یابند که نور فراوان است اما رطوبت کمیاب است ، بنابراین به یک روش کارآمدتر برای کاهش از بین رفتن آب نیاز دارد. جف₄گیاهان هنوز از روبیسکو برای کنترل فتوسنتز استفاده می کنند ، اما مرحله اصلی تثبیت کربن از آنزیم فسفونولپیروات کربوکسیلاز (PEPC) برای تولید یک ترکیب 4 کربن استفاده می کند. PEPC FIXATES CO₂بسیار سریعتر از Rubisco در مواقع نور خورشید قوی ، و به همین دلیل باعث کاهش آب می شود زیرا گیاه می تواند روزنه های خود را خیلی زودتر ببندد. با این حال ، مرحله اضافی انرژی و C را مصرف می کند₄گیاهان کمتر با شرایط خنک تر و مرطوب تر سازگار هستند. ج₄رده شامل تقریباً 3000 گونه شناخته شده در 19 خانواده گیاهی ، از جمله نمک ، ذرت ، بسیاری از گیاهان که در تابستان گل و چمنزارها در مناطق خشک و گرمسیری است. سرانجام ، گیاهان بادامک - از جمله بسیاری از مکنده ها از جمله کاکتیک ، آگاو و برخی ارکیده ها - برای شرایط بسیار خشک سازگاری حتی تخصصی تری داشتند. کارخانه های بادامک برای کاهش از بین رفتن آب ، روزنه های خود را فقط شب باز می کنند. با این حال ، از آنجا که فتوسنتز به ورودی پرانرژی نور خورشید نیاز دارد ، گیاهان بادامک CO را تبدیل می کنند₂در طول شب برای ذخیره سازی به یک اسید. سپس واکنش روز بعد معکوس می شود تا CO را بازگرداند₂برای فتوسنتز.

از نظر مهم ، CO بالا₂باید رشد C را تحریک کند₃گیاهان را کاهش داده و زمان لازم را برای باز نگه داشتن روزنه های خود برای فتوسنتز کاهش می دهد. این به نوبه خود باعث از بین رفتن آب می شود و به C اجازه می دهد₃گیاهان برای شکوفایی در مناطق خشک تر. جف₃بنابراین گیاهان ، از جمله درختان ، ممکن است بتوانند در مناطق نیمه خشک مانند ساواناهای گرمسیری ، که در آن چمن ها اکنون غالب هستند ، گسترش یابد.

این تجزیه و تحلیل فرض می کند که افزایش سطح CO₂هیچ اثرات بیوشیمیایی دیگری نخواهد داشت که ممکن است بر سرنوشت گونه های گیاهی تأثیر بگذارد. با این حال ، در دنیای واقعی ، سطح CO را افزایش داد₂همچنین ممکن است بر رقابت برخی از گیاهان در برابر گیاهان رقیب ، مقاومت به بیماری و توانایی آنها برای از بین بردن شکارچیان حیوانات تأثیر بگذارد. اگرچه این تحقیق فقط در دهه 1990 آغاز شد ، اما در حال حاضر چند نمونه از چگونگی گیاهان ، از جمله محصولات زراعی ، می تواند تحت افزایش CO جوی رنج ببرد.₂.

به عنوان مثال ، سویا در هنگام قرار گرفتن در معرض سطح بالا CO ، برای سوسک های ژاپنی جذاب تر می شود₂طبق تحقیقات خورخه زاوالا و همکارانش در انستیتوی زیست شناسی ژنومی در دانشگاه ایلینویز (Urbana ، IL ، USA). آنها سویا را که در یک شرکت محیط رشد می کنند مقایسه کردند₂سطح 370 ppm ، و گیاهان به 550 ppm co تبدیل شده اند₂- سطح CO₂در جو پیش بینی شده تا سال 2050. شرکت مرتفع₂سطح ترکیبات دفاعی سویا را که معمولاً آنزیم های هضم را در روده سوسک ها مهار می کنند ، تحت تأثیر قرار داده و گیاه را از بین می برد (Zavala et al ، 2007)."اسید یاسونیکونیک و اتیلن هورمونهای مرتبط با بیان ترکیبات دفاعی کیستپی هستند […] فهمیدم که CO بالا₂بیان بیان LOX و ACC سنتاز ، که ژنهایی هستند که برای آنزیم های مهم در مسیر هر یک از این هورمون ها کد می کنند. علاوه بر این ، من آن CO بالا را پیدا کردم₂بیان دو ژن سویا با القاء شده به همراه فعالیت پروتئین را تنظیم کرد. "وی همچنین اظهار داشت كه این اثر محدود به سویا نیست و حداقل 50 ٪ از پیش بینی شده باعث افزایش عملکرد محصول ناشی از CO بالاتر می شود₂غلظت ها می توانند توسط حشرات درنده که از مقاومت در برابر کاهش گیاهان استفاده می کنند ، مصرف شود.

با این حال ، در آب و هوای خنک تر ، جایی که کمتر شکارچی حشرات وجود دارد ، کشاورزی ممکن است از اثر احتمالی دیگری از CO بالا بهره ببرد₂- مقاومت در برابر سرما. همانطور که قبلاً اشاره شد ، سطح بالاتری از CO₂به گیاهان اجازه می دهد تا در طول CO آب کمتری از دست بدهند₂کسب ، که به نوبه خود ، از بین رفتن گرما از طریق تبخیر کاهش می یابد.

اما افزایش بازده ممکن است به همان اندازه آزمایشات نشان ندهد زیرا سایر مواد مغذی ، به ویژه نیتروژن ، ممکن است به یک محدودیت تبدیل شود. آزمایشات اخیر انجام شده توسط پیتر ریچ و همکاران در دانشگاه مینسوتا در سنت پاول ، MN ، ایالات متحده ، در مورد چمنزارها نشان می دهد که کاهش نیتروژن به عنوان CO به یک مرطوب کننده قابل توجه در رشد گیاه تبدیل می شود₂سطح افزایش می یابد (ریچ و همکاران ، 2006).

مانند اقیانوس ها ، تأثیر شرکت جوی بالا₂در حیوانات بالاتر از زمین بسیار کمتر مشخص است ، با وجود پیامدهای مستقیم در آینده قابل پیش بینی. با این حال ، شواهدی وجود دارد که نشان می دهد انسان نیز می تواند جدا از تأثیر اقتصادی و زیست محیطی تغییرات آب و هوا رنج ببرد. یک مطالعه اخیر توسط پل بیگ و همکارانش در دانشگاه مک کواری ، نیو ساوت ولز ، استرالیا ، نشان داده است که Rising Co₂تولید گرده - به ویژه گرده آلرژی زا - را به میزان حتی بیشتر از رشد آن تحریک می کند (Beck & Bambrick ، 2005). این می تواند شیوع آسم و بروز شرایط آلرژیک مانند تب یونجه را افزایش دهد.

با این حال ، در دنیای واقعی ، سطح CO را افزایش داد₂همچنین ممکن است بر رقابت برخی گیاهان در برابر گیاهان رقیب ، مقاومت به بیماری و توانایی آنها در جلوگیری از شکارچیان حیوانات تأثیر بگذارد

بسیاری از تغییرات ظریف دیگر وجود دارد که می تواند حیواناتی را که از گیاهان تغذیه می کنند ، تحت تأثیر قرار دهد. برخی تحقیقات نشان می دهد که تعادل تغذیه ای با سطح بالاتری از نشاسته و احتمالاً کاهش پروتئین تغییر خواهد کرد. با این حال ، برای درک واکنشهای پیچیده زیست کره به Rising Co ، تحقیقات بیشتری لازم است₂سطوح - تحقیق که اکنون کم و بیش در مراحل ابتدایی خود وجود دارد. نکته ای که مسلم است این است که جهان با بیشترین نگرانی در مورد سرنوشت اقیانوس ها و زندگی دریایی به طرز چشمگیری تغییر خواهد کرد.

منابع

• Beck PJ ، Bambrick HJ (2005) آیا ظهور جهانی آسم تأثیر اولیه تغییرات آب و هوایی انسان شناسی است؟Envir Health Pers 113: 915-919 [مقاله رایگان PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Caldeira K و همکاران.(2005) ذخیره سازی اقیانوس. در گزارش ویژه IPCC در مورد ضبط و ذخیره دی اکسید کربن ، B Metz ، O Davidson ، H de Coninck ، M Loos ، L Meyer (eds) ، صص 278-317. ژنو ، سوئیس: پانل بین دولتی در مورد تغییرات آب و هوا [Google Scholar]
• Hatch MD ، Slack CR (1966) فتوسنتز توسط برگهای نیشکر. یک واکنش کربوکسیلاسیون جدید و مسیر تشکیل قند. Biochem J 101: 103 111 [مقاله رایگان PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Holm LG ، Plucknett DL ، Pancho JV ، Herberger JP (1978) بدترین علفهای هرز جهان: توزیع و زیست شناسی. Quart Rev Biol 53: 319-320 [Google Scholar]
• Li P ، Bohnert HJ ، Grene R (2007) همه چیز در مورد گیاهان صورت در یک CO بالا₂جهانTrends Plant Sci 12: 87-89 [PubMed] [Google Scholar]
• Reich PB ، Hobbie S ، Lee T ، Ellsworth D ، West J ، Tilman D ، Knops J ، Naeem S ، Trost J (2006) محدودیت نیتروژن باعث پایداری پاسخ اکوسیستم به CO می شود₂بشرNature 440: 922-925 [PubMed] [Google Scholar]
• Zavala JA ، Casteel CL ، Berenbaum MR ، De Lucia EH (2007)₂با شکست القاء مهار کننده های پروتئیناز سیستئین ، حساسیت سویا به گیاهخواران طبیعی را افزایش می دهد. شیکاگو ، IL ، ایالات متحده: مینی سمپوزیم در کنگره مشترک زیست شناسی و گیاه شناسی ، 7 تا 11 ژوئیه