Жара замедляет фотосинтез калифорнийских секвойей: новое исследование

Когда температура резко повышается, калифорнийские секвойи замедляют фотосинтез, показало новое исследование. Это открытие имеет серьёзные последствия для долгосрочного выживания культовых деревьев в условиях потепления мира и их роли в хранении углерода из атмосферы.

Леса калифорнийской секвойи (Sequoia sempervirens) являются одними из крупнейших надземных хранилищ углерода на планете. Эти высокие деревья произрастают в центральной и северной Калифорнии и эволюционировали, чтобы использовать преимущества исторически мягкой погоды региона. В последние десятилетия их ареал значительно сократился. Но изменение климата угрожает здоровью и функционированию этих лесов.

В регионе за последние десятилетия наблюдается значительное потепление, и он сталкивается с более частыми днями экстремальной жары, когда температура превышает 100 градусов по Фаренгейту (37 градусов по Цельсию). Теперь в новом исследовании, опубликованном 22 сентября в журнале JGR Biogeosciences, команда исследователей показала, что знаменитые калифорнийские секвойи с трудом осуществляют фотосинтез в жару.

Фотосинтез — это процесс, используемый растениями, водорослями и некоторыми бактериями для превращения солнечного света в энергию. Он химически преобразует углекислый газ и воду в сахара и кислород.

«Эти деревья адаптировались расти в действительно умеренных условиях, поэтому никто на самом деле не изучал влияние жары на фотосинтез», — рассказала Live Science первый автор исследования Лили Кляйнек, докторантка лаборатории оптики растений Калифорнийского университета в Дэвисе.

С 2022 по 2024 год Кляйнек и коллеги измеряли, как листья секвойей в лесу Гарсия-Ривер в округе Мендосино реагируют на жару. Один или два раза в месяц исследователи брали три разных образца листьев калифорнийской секвойи и измеряли их флуоресценцию и температуру.

Молекулы растения могут использовать поглощённый свет тремя способами: для фотосинтеза, рассеивать в виде тепла или отражать в виде света (флуоресценции). Флуоресценция — это косвенное измерение для понимания фотосинтеза в растении, сказала Кляйнек.

Исследователи заворачивали четвёртый лист в фольгу на 20 минут, чтобы привести его в состояние «покоя», прежде чем снять те же измерения. «Когда они находятся в состоянии покоя, мы подвергаем их воздействию импульса света в той длине волны, которую они использовали бы для фотосинтеза, чтобы увидеть, какова будет их максимальная скорость фотосинтеза», — сказала Кляйнек.

Они обнаружили, что в жаркие дни листья, подверженные воздействию солнечного света, были до 18 градусов по Фаренгейту (10 градусов по Цельсию) горячее температуры воздуха. «Это огромная разница и указывает на то, что листья находятся в стрессе до такой степени, что не могут эффективно терморегулировать», — сказала Кляйнек.

Листья многих растений управляют своей температурой и фотосинтезом, открывая или закрывая устьица — крошечные поры на их поверхности. Эти устьица (от греческого слова «рот») регулируют количество углекислого газа, поступающего в растение, и количество кислорода и водяного пара, которое оно выделяет. Снижение потребления углекислого газа приводит к снижению фотосинтеза, а значит, растение получает меньше энергии.

Большие различия между температурой воздуха и листьев секвойи позволяют предположить, что листья закрыли свои устьица, чтобы избежать потери воды из-за испарения в жарких условиях, и, следовательно, перегрелись, сказала Кляйнек.

Чтобы дополнительно исследовать влияние жары на физиологию листьев, исследователи взяли образцы листьев калифорнийской секвойи обратно в лабораторию и подвергли их воздействию ряда температур, пока они находились в воде. Несмотря на доступ к воде, листья всё равно фотосинтезировали меньше по мере нагревания, хотя их устьица были открыты, сказала Кляйнек.

Это показывает, что жара налагает прямые ограничения на фотосинтетическую способность секвойи, а не косвенно снижает её путём закрытия устьиц, писали исследователи. Открытие указывает на то, что способность секвойи фотосинтезировать и запасать углерод будет снижаться по мере повышения температур.

«Не только закрытие устьиц вызывает снижение фотосинтеза, — сказала Live Science в электронном письме Люси Роуленд, эколог из Эксетерского университета в Великобритании, не участвовавшая в исследовании. — Эти деревья уже страдают от прямого воздействия жары на их фотосинтетические системы».

Открытие имеет серьёзные последствия для будущего секвойи и подобных растений. «Точки, в которых это повреждение становится необратимым, остаются действительно плохо понятыми, но это то, что действительно необходимо понять, если мы хотим предсказать, как наш будущий климат повлияет на растения», — сказала она.

Следующий шаг в исследовании Кляйнек — выйти за пределы физиологии листьев, чтобы понять эти пороги на уровне деревьев и их экосистем в целом.

«Мы не уверены, в какой степени эффект, который мы наблюдали, является обратимой стрессовой реакцией и получают ли они повреждения от этого постоянного стресса», — сказала она. Исследователям нужно больше данных, чтобы «действительно получить лучшее представление, за пределами масштаба листа, о том, как эти экосистемы реагируют на жару и засуху», — добавила она.

Источники: JGR Biogeosciences (22 сентября 2026 г.), Live Science, Калифорнийский университет в Дэвисе, комментарии Лили Кляйнек и Люси Роуленд; Klinek L. et al., «Summer heat stress downregulates photochemistry in Coast Redwoods», JGR Biogeosciences 131(9).