O que acontecerá com as florestas do mundo em um mundo em aquecimento? O aumento do dióxido de carbono atmosférico ajudará as árvores a crescer? Ou os extremos de temperatura e precipitação irão atrasar o crescimento? Tudo depende se o crescimento das árvores é mais limitado pela quantidade de fotossíntese ou pelas condições ambientais que afetam o crescimento das células das árvores – uma questão fundamental na biologia das árvores, e para a qual a resposta não era bem compreendida até agora.
Um estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Utah, com uma equipe internacional de colaboradores, descobriu que o crescimento das árvores não parece ser geralmente limitado pela fotossíntese, mas sim pelo crescimento celular. Isso sugere que precisamos repensar a maneira como prevemos o crescimento das florestas em um clima em mudança, e que as florestas no futuro podem não ser capazes de absorver tanto carbono da atmosfera quanto pensávamos.

"O crescimento de uma árvore é como um sistema de cavalo e carroça avançando pela estrada", diz William Anderegg, professor associado da Escola de Ciências Biológicas dos Estados Unidos e principal pesquisador do estudo. "Mas basicamente não sabemos se a fotossíntese é o cavalo mais frequente ou se é a expansão e divisão celular. Esta tem sido uma questão antiga e difícil no campo. E é imensamente importante para entender como as árvores responderão às mudanças climáticas."

O estudo foi publicado na Science .

Fonte x coletor

Aprendemos o básico na escola primária – as árvores produzem seu próprio alimento por meio da fotossíntese, pegando luz solar, dióxido de carbono e água e transformando-os em folhas e madeira.

Há mais na história, no entanto. Para converter o carbono obtido da fotossíntese em madeira, é necessário que as células da madeira se expandam e se dividam.

Assim, as árvores obtêm carbono da atmosfera através da fotossíntese. Esta é a fonte de carbono das árvores . Eles então gastam esse carbono para construir novas células de madeira - o sumidouro de carbono da árvore .

Se o crescimento das árvores é limitado pela fonte, então é limitado apenas pela quantidade de fotossíntese que a árvore pode realizar e o crescimento da árvore seria relativamente fácil de prever em um modelo matemático. Portanto, o aumento do dióxido de carbono na atmosfera deve aliviar essa limitação e permitir que as árvores cresçam mais, certo?

Mas se, em vez disso, o crescimento das árvores for limitado pelo sumidouro, a árvore só poderá crescer tão rápido quanto suas células puderem se dividir. Muitos fatores podem afetar diretamente a fotossíntese e a taxa de crescimento celular, incluindo a temperatura e a disponibilidade de água ou nutrientes. Portanto, se as árvores são limitadas ao sumidouro, a simulação de seu crescimento deve incluir a resposta do sumidouro a esses fatores.

Os pesquisadores testaram essa questão comparando as taxas de origem e dreno das árvores em locais na América do Norte, Europa, Japão e Austrália. Measuring carbon sink rates was relatively easy—the researchers just collected samples from trees that contained records of growth. "Extracting wood cores from tree stems and measuring the width of each ring on these cores essentially lets us reconstruct past tree growth," says Antoine Cabon, a postdoctoral scholar in the School of Biological Sciences and lead author of the study.

Measuring carbon sources is tougher, but doable. Source data was measured with 78 eddy covariance towers, 30 feet tall or more, that measure carbon dioxide concentrations and wind speeds in three dimensions at the top of forest canopies, Cabon says. "Based on these measurements and some other calculations," he says, "we can estimate the total forest photosynthesis of a forest stand."

Decoupled

The researchers analyzed the data they collected, looking for evidence that tree growth and photosynthesis were processes that are linked, or coupled. They didn't find it. When photosynthesis increased or decreased, there was not a parallel increase or decrease in tree growth.

"Strong coupling between photosynthesis and tree growth would be expected in the case where tree growth is source limited," Cabon says. "The fact that we mostly observe a decoupling is our principal argument to conclude that tree growth is not source-limited."

Surprisingly, the decoupling was seen in environments across the globe. Cabon says they did expect to see some decoupling in some places, but "we did not expect to see such a widespread pattern."

The strength of coupling or decoupling between two processes can lie on a spectrum, so the researchers were interested in what conditions led to stronger or weaker decoupling. Fruit-bearing and flowering trees, for example, exhibited different source-sink relationships than conifers. More diversity in a forest increased coupling. Dense, covered leaf canopies decreased it.

Finally, coupling between photosynthesis and growth increased in warm and wet conditions, with the opposite also true:that in cold and dry conditions, trees are more limited by cell growth.

Cabon says that this last finding suggests that the source vs. sink issue depends on the tree's environment and climate. "This means that climate change may reshape the distribution of source and sink limitations of the world forests," he says.

A new way to look forward

The key takeaway is that vegetation models, which use mathematical equations and plant characteristics to estimate future forest growth, may need to be updated. "Virtually all these models assume that tree growth is source limited," Cabon says.

For example, he says, current vegetation models predict that forests will thrive with higher atmospheric carbon dioxide. "The fact that tree growth is often sink limited means that for many forests this may not actually happen."

That has additional implications:forests currently absorb and store about a quarter of our current carbon dioxide emissions. If forest growth slows down, so do forests' ability to take in carbon, and their ability to slow climate change.