A dinâmica sazonal da fluorescência induzida pelo sol (SIF, linha vermelha) acompanha de perto a produção primária bruta diária cumulativa (GPP, linha preta) na floresta de coníferas em Niwot Ridge, Colorado. Crédito:Adaptado de Magney et al . PNAS (2019)
Os invernos no hemisfério norte são brutais. As condições adversas levam algumas espécies a hibernar; os ursos reduzem seu estado metabólico para conservar energia até a primavera. As florestas também resistem ao inverno, conservando energia; eles desligam a fotossíntese, o processo pelo qual um pigmento verde chamado clorofila captura a luz solar e o dióxido de carbono (CO2) para produzir a energia química que abastece as plantas. A produção total de energia química resultante da fotossíntese é chamada de Produção Primária Bruta (GPP). GPP em florestas perenes diz aos cientistas quanto CO2 esses sistemas vastos e remotos estão respirando.
Porque a fotossíntese puxa CO2 da atmosfera, compreender a atividade florestal é crucial para rastrear os níveis globais de carbono. Por décadas, os cientistas usaram satélites para monitorar as mudanças no verde das florestas decíduas para rastrear a GPP. No outono e inverno, as folhas caducas ficam marrons e caem quando estão dormentes. Na primavera e no verão, a clorofila retorna como folhas verdes e a fotossíntese aumenta. Contudo, árvores perenes mantêm suas agulhas verdes cheias de clorofila durante todo o ano, impedindo os cientistas de detectar o início e o declínio da fotossíntese em grande escala.
Pela primeira vez, um novo estudo ligou os ciclos sazonais de GPP a um processo que ocorre com a fotossíntese, mas recentemente se tornou rastreável por certos satélites - fluorescência induzida pelo sol (SIF). A fotossíntese ocorre quando a energia do sol excita a clorofila em um estado de energia superior. Quando a clorofila retorna ao seu estado normal, ela emite um fóton, produzindo luz muito baixa para o olho nu. O "brilho" resultante é o SIF.
Uma equipe colaborativa de pesquisadores usou um espectrômetro de varredura em uma torre para medir o "brilho" fluorescente ao longo da temporada em uma floresta perene do Colorado. A equipe é a primeira a vincular o SIF à fisiologia da agulha, fotossíntese do dossel e fluorescência derivada de satélite. Eles descobriram que os padrões SIF diários e sazonais combinavam de perto com o momento e a magnitude do GPP. Na primavera, as sempre-vivas ativam a clorofila em suas agulhas, que impulsiona tanto a fluorescência quanto a fotossíntese, combinando estreitamente com o SIF que os satélites puderam medir recentemente.
Uma das maneiras pelas quais as plantas se protegem durante os invernos rigorosos é implantando pigmentos fotoprotetores que agem como "protetor solar". O estudo descobriu que quando as plantas aplicam esse filtro solar, a fotossíntese e a fluorescência diminuem, permitindo que os cientistas se sintam confiantes no sinal SIF como um proxy para monitorar a respiração (absorção de CO2) de florestas perenes.
O sistema de espectrômetro montado no topo de uma torre em uma floresta de coníferas subalpinas em Niwot Ridge, Colorado, coletaram dados entre junho de 2017 e junho de 2018. Os cientistas compararam a fluorescência induzida pelo sol (SIF) medida pelo sistema com as mudanças fisiológicas dentro das agulhas de coníferas para entender melhor por que vemos ciclos sazonais de SIF. Crédito:Troy Magney
Agora, os cientistas podem usar as medições de fluorescência baseadas em satélite como um indicador da atividade fotossintética em florestas perenes em uma escala sem precedentes. Ao ver o brilho das florestas perenes do espaço, podemos entender melhor como essas florestas estão respondendo às mudanças climáticas.
"Estamos tentando desenvolver técnicas para sermos capazes de 'ver' a fotossíntese em grandes escalas, então sabemos quanto CO2 a biosfera está consumindo ... mantendo um dedo no pulso da biosfera, "disse Troy Magney, cientista pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Magney e a equipe coletaram dados de um sistema espectrômetro montado no topo de uma torre entre junho de 2017 e junho de 2018 em uma floresta de coníferas subalpinas em Niwot Ridge, Colorado. Eles foram capazes de desvendar as mudanças fisiológicas dentro das agulhas das coníferas para entender melhor por que vemos os ciclos sazonais de SIF. Acontece que, é tudo sobre os pigmentos.
"Você e eu podemos sofrer queimaduras de sol. Muita radiação ultravioleta danificará nossas células. Algumas pessoas podem se proteger - sua pele produz mais do pigmento melanina para se ajustar a ambientes de alta luz, "disse David Bowling, professor de biologia da Universidade de Utah e co-autor do estudo. "As plantas têm um diferente, mas um processo semelhante. "
Sem fotossíntese para utilizar a energia do sol, as plantas precisam se proteger. Os pesquisadores descobriram que as coníferas produziam altos níveis de pigmentos que fazem parte do ciclo da xantofila que protege seus tecidos do excesso de luz. Ao longo da temporada, a fração do "filtro solar" muda - mais no inverno, menos no verão - diminuindo a fluorescência e a fotossíntese.
"Em última análise, medir o pequeno brilho fluorescente das plantas nos permitirá ver exatamente o momento e a magnitude da absorção de carbono da biosfera terrestre. Isso nos ajudará a entender como as florestas estão respondendo às mudanças climáticas e sugerir como elas podem responder às mudanças climáticas futuras, "disse Magney.
