A pesquisa de um professor da Montana State University sobre química de plantas nas Grandes Planícies do Norte e nas Montanhas Rochosas do Norte foi publicada em Biologia de Mudança Global , um jornal proeminente que promove a exploração das conexões entre os processos biológicos e as mudanças ambientais.

Jack Brookshire, professor associado do Departamento de Recursos Terrestres e Ciências Ambientais do MSU College of Agriculture, dados de satélite combinados e amostras de plantas de mais de 300 locais ao redor das Grandes Planícies do Norte e das Montanhas Rochosas do Norte para examinar as tendências de ecologização, uma métrica que representa a produtividade da planta por meio da fotossíntese. O projeto começou em 2016 e foi apoiado pelo financiamento EPSCoR da National Science Foundation e uma bolsa de pesquisa por meio da Montana Agriculture Experiment Station.

"Estudos usando sensoriamento remoto mostraram que grande parte da superfície terrestre da Terra tem se tornado mais verde nas últimas décadas, principalmente devido ao aumento do dióxido de carbono na atmosfera, "disse Brookshire." No entanto, também havia evidências de que o conteúdo de nitrogênio da planta estava diminuindo. Ninguém ainda combinou as análises das tendências de esverdeamento da vegetação com essas mudanças na química das plantas. "

Brookshire trabalhou com colaboradores na University of Wisconsin-Madison e na Idaho State University, bem como alunos de graduação e pós-graduação da MSU para examinar se as mudanças climáticas regionais ou o aumento do dióxido de carbono atmosférico foram a causa do aumento do verde em Montana e nas Grandes Planícies do Norte. Embora o aumento da produtividade possa parecer um benefício, Brookshire disse que a questão é até que ponto esses aumentos são sustentáveis ​​e se o aumento do verde muda a composição química das próprias plantas.

O trabalho começou peneirando quase duas décadas de dados de satélite de um programa da NASA chamado MODIS, que coleta dados de toda a superfície da Terra a cada 1-2 dias. O grupo de Brookshire analisou dados de índice de diferença de vegetação normalizado, que mede a quantidade de luz refletida pelas plantas. Mais de 20 anos, eles notaram que o verdejante nas Grandes Planícies do Norte e nas Montanhas Rochosas do Norte aumentou significativamente, mas a diferença era mais pronunciada nas Grandes Planícies do Norte.

"Os maiores aumentos de esverdeamento ocorreram nos locais mais quentes e secos, pensamos porque eles têm os ganhos mais marginais a serem obtidos em resposta ao dióxido de carbono e às mudanças climáticas, dadas as mudanças na fisiologia das plantas que observamos, "disse Brookshire." Além disso, grande parte das Grandes Planícies do Norte experimentou aumentos nas chuvas nas últimas décadas, e encontramos evidências de que este tem sido um dos principais impulsionadores das tendências de ecologização. "

Contudo, enquanto as tendências de ecologização variam de acordo com a localização geográfica, Brookshire queria ver se as mudanças fisiológicas nas próprias plantas eram uniformes nas duas regiões. Se então, a causa mais provável seria o aumento do dióxido de carbono atmosférico. O aumento do dióxido de carbono é global em extensão, e não flutuaria regionalmente, disse Brookshire.

Para testar as mudanças físicas que acontecem dentro das plantas, Brookshire recorreu ao MSU Herbarium, que abriga milhares de amostras de plantas de todo o estado, recolhidos ao longo de mais de 100 anos.

"O herbário é um verdadeiro tesouro de espécies de plantas nativas, "disse Brookshire." Selecionamos quatro espécies representativas para os ecossistemas, três gramíneas e uma artemísia, e, em seguida, amostrou com muito cuidado pequenas seções de suas folhas para análise química e isotópica. "

Depois de testar amostras do herbário, A equipe de Brookshire voltou a alguns dos locais das amostras históricas de plantas e coletou amostras contemporâneas para comparar os equilíbrios químicos dentro das mesmas espécies de plantas até 100 anos depois.

Analisando as razões químicas e isotópicas de carbono e nitrogênio nas amostras de plantas históricas e contemporâneas, Brookshire encontrou níveis diminuídos de nitrogênio e níveis aumentados de carbono em amostras recentes. Eles também descobriram que as plantas aumentaram na eficiência do uso da água - a proporção de quanto dióxido de carbono elas absorvem por unidade de água - em mais de 30% desde os anos 1970. Essas medições confirmaram sua hipótese de que as plantas estavam se ajustando às mudanças na atmosfera da Terra ao longo do tempo.

"Fundamentalmente, as plantas precisam de dióxido de carbono, agua, luz solar e nutrientes, especialmente nitrogênio, para fotossintetizar e crescer, "disse ele." Quando uma dessas alavancas é aumentada, os outros têm que se ajustar. As plantas nesses ecossistemas se adaptaram ao aumento do dióxido de carbono, mantendo uma proporção constante entre o que está dentro de suas folhas e o que está fora. "

Brookshire disse que as mudanças de longo prazo na química das plantas podem ter efeitos adversos nos ecossistemas. Eventualmente, as limitações para tornar o verde surgirão, particularmente em quão pouco as plantas de nitrogênio podem sobreviver.

"As plantas não podem aumentar a eficiência do uso de água ou nitrogênio indefinidamente, ", disse ele." Essas descobertas são importantes para o desenvolvimento da próxima geração de modelos de ecossistema, pois as plantas provavelmente terão que ajustar as estratégias de aquisição de nutrientes. "

A mudança na composição das plantas também pode impactar as criaturas que comem essas plantas. Com o aumento do dióxido de carbono, vem o aumento dos açúcares das plantas, e a diminuição do nitrogênio resulta na diminuição do teor de proteína, o que poderia levar a impactos na dieta dos herbívoros e até mesmo a mudanças na nutrição das safras cultivadas nas Grandes Planícies do Norte e nas Montanhas Rochosas do Norte para consumo humano.

“Há uma grande incerteza em como as mudanças climáticas, aumentos na produtividade das pastagens e declínios na qualidade do tecido vegetal estão afetando os ecossistemas nas Grandes Planícies do Norte agora, "disse Brookshire." É difícil, mas importante entender como eles continuarão a mudar no próximo século e além. "