Ново изследване на Института по химия „Макс Планк“ показва: Съотношението на определени ароматни молекули дава точна информация за състоянието на стрес на дъждовната гора.
През 2023 г. дъждовните гори на Амазония бяха поразени от най-тежката суша от началото на измерванията. Реките пресъхнаха, а екстремната горещина подложи на стрес както гигантските дървета, така и гъстата растителност под тях. В такива ситуации растенията отделят повишени количества монотерпени – малки, летливи органични съединения, които служат за защита и комуникация с околната среда. Някои молекули, като ухаещия на бор α-пинен (α-pinene), се срещат като огледални двойки, наречени енантиомери.
Количественото съотношение между тези две форми се променя измеримо, когато растенията са подложени на стрес, например поради горещина или недостиг на вода. Изследователи от Института по химия „Макс Планк“ проучиха как се е променило това съотношение в Амазония преди, по време на и след периода на засушаване. Резултатите показват: при нормални условия съотношението между енантиомерите остава сравнително постоянно, тъй като двете форми са в равновесие. При нарастващ стрес от суша това съотношение се измества в полза на (+)-α-пинен, който се освобождава главно от натрупаните резерви на растението. В най-екстремната фаза на сушата обичайното съотношение между двата варианта на алфа-пинен дори се е обърнало. По този начин огледалните молекули на α-пинена ни показват колко силно е подложена на остър стрес дадена екосистема.
Джовани Пулиезе, учен в Института по химия „Макс Планк“, който е бил на място по време на измервателната кампания, си спомня: „Горещината при вземането на пробите беше непоносима. Гората видимо страдаше: листата бяха пожълтели, а сухата глинеста почва беше напукана.“ Особено критично през 2023 г. беше фактът, че сухият период през септември и октомври съвпадна с феномена Ел Ниньо. Ел Ниньо е част от глобалното климатично колебание ENSO (Южна осцилация) и в своята гореща фаза води до изключително малко валежи и високи температури в басейна на Амазонка.
Измервания в сърцето на дъждовната гора
В измервателната станция на Обсерваторията с висока кула в Амазония (ATTO), разположена на 150 километра североизточно от Манаус, изследователите събираха въздушни проби на 24 метра височина директно в короните на дърветата. По-късно, в лабораторията в Майнц, те определиха съотношението на двете форми на α-пинен с помощта на специализирана газова хроматография-масспектрометрия.
„Първоначално установихме количественото съотношение, в което двете разновидности се срещат при нормални условия“, обяснява Джоузеф Байрън, изследовател в Института по химия „Макс Планк“ и водещ автор на изследването. „След това наблюдавахме как това съотношение се измества по време на сухия период, повлиян от Ел Ниньо, и как след това бавно се нормализира отново.“
Растения в режим на оцеляване
Ръководителят на проекта Джонатан Уилямс коментира: „Удивително е, че можем да разчетем директно от въздуха как дъждовната гора реагира на текущите условия. Когато по обяд, по време на най-тежката фаза на сушата, обичайното съотношение на огледалните молекули се обърна, стана ясно: растенията са преустановили фотосинтезата и са затворили порите си, за да предотвратят загубата на ценните подпочвени води.“
Изследването се основава на по-ранно експериментално проучване на сушата, проведено в изкуствено създадена гора в оранжерия. Изследователският екип установи, че двете огледални молекули се освобождават чрез различни процеси в растението: докато едната форма на α-пинен се отделя директно след фотосинтезата, нейното огледално копие произлиза от резервите на растението. Това, което беше показано в лабораторния експеримент, сега се потвърди и при реални условия на засушаване в амазонската джунгла.
Значение за климатичните модели
Дъждовните гори на Амазония са най-големият източник на биогенни летливи съединения в световен мащаб. Чрез съотношението на огледалните молекули на α-пинена тези емисии и техните промени в условия на суша могат да бъдат отразени по-реалистично в климатичните модели. Това е от решаващо значение, тъй като изследователите очакват през този век по-чести и по-интензивни засушавания, предизвикани от Ел Ниньо.
Информация за ATTO
ATTO е съвместен германско-бразилски проект, стартирал през 2009 г. В него участват институтите „Макс Планк“ по биогеохимия в Йена и по химия в Майнц, бразилският институт INPA, както и Щатският университет на Амазония (UEA) в Манаус. Проектът се финансира, наред с други, от Федералното министерство на образованието и научните изследвания на Германия (BMBF), бразилското Министерство на науката, технологиите и иновациите (MCTI), обществото „Макс Планк“, както и от бразилски организации като FAPEAM; освен това отделни изследователи осигуряват средства от други научни фондове.
Със своите 325 метра височина кулата за атмосферни измервания се издига далеч над короните на дърветата и предоставя данни от площ от около 100 квадратни километра от най-големия горски масив на Земята. Целта е да се разбере по-добре как Амазония е свързана с глобалния климат и как реагира на промените.
Статията е превод на Spiegelmoleküle als Indikatoren für Trockenstress im Amazonas-Regenwald
Повече информация за изследването може да получите от публикацията в Nature:
Byron, J., Pugliese, G., A. Monteiro, C.d. et al. Mirror image molecules expose state of rainforest stress. Commun Earth Environ 6, 703 (2025). https://doi.org/10.1038/s43247-025-02709-z
Вашият коментар